RU2768897C2

RU2768897C2 - Systems and methods for electrolysis of molten oxides

Info

Publication number: RU2768897C2
Application number: RU2020113684A
Authority: RU
Inventors: Роберт ХАЙЕРС; Гийом ЛАМБОТТ; Мэттью ХУМБЕРТ; Ричард БРЭДШОУ
Original assignee: Бостон Электрометаллурджикал Корпорейшн
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2022-03-25
Also published as: EP3679178C0; EP4471363A3; JP2022115859A; US11591703B2; CL2021003252A1; AU2022200687B2; EP3679178A1; KR102538994B1; US20200263313A1; TW201920690A; JP7093580B2; CA3075758C; JP2020534501A; CN111279018A; TWI787348B; AU2018333012A1; WO2019055910A1; EP3679178B1; UA127352C2; EP4471363A2

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: group of inventions relates to a metallurgical unit and systems for electrolysis of molten oxides. Metallurgical unit comprises a refractory vessel having sides and a base, a lid detachably coupled with the refractory vessel and configured to form a seal with the refractory vessel, wherein the cover forms a plurality of through holes, and a current tap adjacent to the base of the refractory vessel. Base forms a plurality of holes located in the center inside the base, and the current collector has current-conducting protrusions located inside said plurality of holes located at the center inside the base. Sides and the base at least partially form the inner volume of the refractory vessel. Refractory vessel comprises at least two layers of material, wherein outer layer comprises insulating material, note here that inner layer comprises material chemically compatible with electrolyte contained in refractory vessel inner space.EFFECT: enabling use of waste gas heat during melt processing and facilitating continuous processing.18 cl, 7 dwg

Description

Область техникиTechnical field

[0001] Настоящая технология относится к системам и компонентам, в которых можно проводить электролитическую обработку, и к способам использования этих систем. Более конкретно, настоящая технология относится к системам обработки для проведения электролиза расплавленных оксидов или других металлургических операций.[0001] The present technology relates to systems and components in which electrolytic processing can be carried out, and to methods for using these systems. More specifically, the present technology relates to processing systems for electrolysis of molten oxides or other metallurgical operations.

Предпосылки изобретенияBackground of the invention

[0002] Металлургические сосуды и системы используют для множества различных процессов, включая выплавку металлов и операции рафинирования, которые могут включать, например, плавку и электролиз расплавленных оксидов. Сосуды и системы для проведения таких процессов часто конструируют под конкретный процесс, металлический продукт и металлическое сырье, и их нельзя применять для многих металлов или операций обработки. Кроме этого, работа систем может быть ограничена в зависимости от использованных материалов и от фиксированных параметров и рабочих характеристик системы. Многие металлургические операции ограничены определенной температурой или источниками энергии и, таким образом, их нельзя применять для обработки или рафинирования многих разных полезных металлов и материалов. В итоге, работа этих систем может быть неэффективна в результате постоянных технологических остановок для проведения выпуска металла или подачи сырья, операций замены электродов или колебаний температуры и/или производительности.[0002] Metallurgical vessels and systems are used for a variety of different processes, including metal smelting and refining operations, which may include, for example, smelting and electrolysis of molten oxides. Vessels and systems for such processes are often designed for a particular process, metal product and metal raw material and cannot be used for many metals or processing operations. In addition, the operation of the systems may be limited depending on the materials used and on the fixed parameters and performance of the system. Many metallurgical operations are limited to certain temperatures or energy sources and thus cannot be used to process or refine many different useful metals and materials. As a result, the operation of these systems may be inefficient as a result of constant process shutdowns for tapping or feedstock, electrode replacement operations, or fluctuations in temperature and/or throughput.

[0003] Таким образом, существует потребность в усовершенствованных сосудах и системах, которые можно использовать для обработки ряда металлов и материалов эффективным образом. Эти и другие потребности удовлетворяются с помощью настоящей технологии.[0003] Thus, there is a need for improved vessels and systems that can be used to process a range of metals and materials in an efficient manner. These and other needs are met with the present technology.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[0004] Металлургические агрегаты и системы согласно настоящей технологии могут содержать огнеупорный сосуд, имеющий боковые стороны и основание. В основании может быть образовано множество отверстий, находящихся по центру внутри основания. Боковые стороны и основание могут по меньшей мере частично образовать внутренний объем огнеупорного сосуда. Агрегаты могут содержать крышку, такую как огнеупорная крышка, съемно сопряженную с огнеупорным сосудом и выполненную с возможностью образования уплотнения с огнеупорным сосудом. В крышке может быть образовано множество сквозных отверстий. Агрегаты также могут содержать токоотвод, смежный с основанием огнеупорного сосуда. Токоотвод может содержать токопроводящие выступы, расположенные внутри множества отверстий, находящихся по центру внутри основания.[0004] Metallurgical units and systems according to the present technology may include a refractory vessel having sides and a base. A plurality of holes may be formed in the base, centrally located within the base. The sides and base may at least partially form the internal volume of the refractory vessel. The assemblies may include a lid, such as a refractory lid, removably coupled to the refractory vessel and configured to form a seal with the refractory vessel. A plurality of through holes may be formed in the lid. The units may also include a current collector adjacent to the base of the refractory vessel. The current collector may comprise conductive protrusions disposed within a plurality of holes centrally located within the base.

[0005] В вариантах осуществления металлургический агрегат может содержать газонепроницаемое уплотнение, установленное вокруг первого отверстия из множества сквозных отверстий, образованных в крышке. Газонепроницаемое уплотнение может быть выполнено с возможностью приема и пропускания подвижного анода через газонепроницаемое уплотнение и образованное в крышке первое отверстие. Газонепроницаемое уплотнение может быть выполнено с возможностью ограничения высвобождения газа из огнеупорного сосуда через первое отверстие из множества образованных в крышке сквозных отверстий. Множество образованных в крышке сквозных отверстий может включать выпускное отверстие, подобранное по размерам для распределения газа из огнеупорного сосуда, и впускное отверстие, подобранное по размерам для распределения материала в огнеупорный сосуд. Огнеупорный сосуд может содержать порошковый слой, по меньшей мере частично образующий боковые стенки огнеупорного сосуда. Огнеупорный сосуд также может содержать слой совместимости, образующий основание огнеупорного сосуда. Слой совместимости также может по меньшей мере частично образовать боковые стенки огнеупорного сосуда.[0005] In embodiments, the metallurgical unit may include a gas tight seal installed around the first opening of the plurality of through holes formed in the lid. The gas-tight seal may be configured to receive and pass a movable anode through the gas-tight seal and the first opening formed in the lid. The gas-tight seal may be configured to limit the release of gas from the refractory vessel through the first opening of the plurality of through holes formed in the lid. The plurality of through holes formed in the lid may include an outlet sized to distribute gas from the refractory vessel and an inlet sized to distribute material into the refractory vessel. The refractory vessel may include a powder layer at least partially forming the side walls of the refractory vessel. The refractory vessel may also include a compatibility layer forming the base of the refractory vessel. The compatibility layer may also at least partially form the side walls of the refractory vessel.

[0006] Огнеупорный сосуд может содержать по меньшей мере два слоя материала. Внешний слой может содержать изоляционный материал. Внутренний слой может содержать материал, выполненный химически совместимым с электролитом, содержащимся во внутреннем объеме огнеупорного сосуда. Огнеупорный сосуд может дополнительно содержать промежуточный слой материала, расположенный с образованием по меньшей мере части внутреннего объема огнеупорного сосуда. Внутренний слой может характеризоваться удельной теплопроводностью ниже или примерно 25 Вт/(м⋅К). Изоляционный слой может характеризоваться удельной теплопроводностью ниже или примерно 5 Вт/(м⋅К).[0006] The refractory vessel may contain at least two layers of material. The outer layer may contain an insulating material. The inner layer may contain a material made chemically compatible with the electrolyte contained in the inner volume of the refractory vessel. The refractory vessel may further comprise an intermediate layer of material disposed to form at least a portion of the internal volume of the refractory vessel. The inner layer may have a thermal conductivity below or about 25 W/(m⋅K). The insulating layer may have a thermal conductivity of less than or about 5 W/(m⋅K).

[0007] Настоящая технология также охватывает металлургические системы. Системы могут содержать огнеупорный сосуд. Системы могут содержать крышку, съемно сопряженную с огнеупорным сосудом и выполненную с возможностью образования уплотнения с огнеупорным сосудом. В крышке может быть образовано множество сквозных отверстий. Системы также могут содержать узел крепления электрода. Узел крепления электрода может содержать вертикально перемещаемый держатель. Вертикально перемещаемый держатель может быть выполнен с возможностью сопряжения с электродом и с возможностью электрического соединения электрода с источником питания.[0007] The present technology also covers metallurgical systems. The systems may contain a refractory vessel. The systems may include a lid removably coupled to the refractory vessel and configured to form a seal with the refractory vessel. A plurality of through holes may be formed in the lid. The systems may also include an electrode attachment assembly. The electrode attachment assembly may comprise a vertically movable holder. The vertically movable holder can be configured to interface with the electrode and to electrically connect the electrode to the power source.

[0008] Металлургическая система также может содержать основание системы, содержащее платформу, на которой может поддерживаться огнеупорный сосуд. Система также может содержать токоотвод, расположенный между платформой и основанием системы. Токоотвод может быть механически соединен с огнеупорным сосудом. Узел крепления электрода также может содержать станину, которая может содержать вертикальное направляющее устройство. Узел крепления электрода также может содержать токосъемник, подвижно соединенный с направляющим устройством. Узел крепления электрода также может содержать ферму, соединяющую вертикально перемещаемый держатель с токосъемником. Ферма может представлять собой или содержать изогнутую ферму, проходящую от первого конца на токосъемнике до второго конца, с которым может быть соединен вертикально перемещаемый держатель. Второй конец изогнутой фермы может позиционировать вертикально перемещаемый держатель в осевом совмещении с отверстием крышки относительно вертикальной оси. Система также может содержать первый источник питания, электрически соединенный с электродом вертикально перемещаемым держателем. Система также может содержать второй источник питания, электрически соединенный с токосъемником. В вариантах осуществления электрод может быть анодом. Первый конец анода может заходить в образованный огнеупорным сосудом внутренний объем через газонепроницаемое уплотнение. Дистальная часть анода может быть соединена с вертикально перемещаемым держателем.[0008] The metallurgical system may also include a system base containing a platform on which the refractory vessel can be supported. The system may also include a current collector located between the platform and the base of the system. The current lead may be mechanically connected to the refractory vessel. The electrode attachment assembly may also include a frame, which may contain a vertical guide device. The electrode attachment assembly may also include a current collector movably connected to the guide device. The electrode attachment assembly may also include a truss connecting the vertically movable holder to the current collector. The truss may be or comprise a curved truss extending from a first end on the current collector to a second end to which a vertically movable holder may be connected. The second end of the curved truss can position the vertically movable holder in axial alignment with the lid opening with respect to the vertical axis. The system may also include a first power source electrically connected to the electrode by a vertically movable holder. The system may also include a second power source electrically coupled to the current collector. In embodiments, the electrode may be an anode. The first end of the anode can enter the internal space formed by the refractory vessel through a gas-tight seal. The distal part of the anode can be connected to a vertically movable holder.

[0009] Настоящая технология также может охватывать дополнительные металлургические системы. Системы могут содержать огнеупорный сосуд. Системы также могут содержать крышку, съемно сопряженную с огнеупорным сосудом и выполненную с возможностью образования уплотнения с огнеупорным сосудом. В крышке может быть образовано множество сквозных отверстий. Первое отверстие из множества отверстий может содержать выпускной проем. Системы могут содержать узел крепления электрода. Системы также могут содержать систему выпуска, соединенную с выпускным проемом крышки. Система выпуска может быть выполнена с возможностью окисления отходящих потоков, принимаемых из огнеупорного сосуда. Второе отверстие из множества образованных в крышке сквозных отверстий может содержать впускной проем. Металлургическая система также может содержать систему подачи, соединенную с впускным проемом. Система подачи может быть выполнена с возможностью подачи материала в огнеупорный сосуд.[0009] The present technology may also cover additional metallurgical systems. The systems may contain a refractory vessel. The systems may also include a lid removably coupled to the refractory vessel and configured to form a seal with the refractory vessel. A plurality of through holes may be formed in the lid. The first opening of the plurality of openings may include an outlet opening. The systems may include an electrode attachment assembly. The systems may also include an exhaust system connected to the cover outlet. The exhaust system may be configured to oxidize the effluent streams received from the refractory vessel. The second opening of the plurality of through holes formed in the lid may comprise an inlet opening. The metallurgical system may also include a supply system connected to the inlet. The supply system may be configured to supply material to the refractory vessel.

[0010] Такая технология может обеспечивать множество преимуществ по сравнению с обычными технологиями. Например, технология позволяет создавать металлургические системы и агрегаты, которые можно эксплуатировать в более широком интервале температур и энергий, чем обычные системы. Кроме этого, настоящую технологию можно применять в непрерывных процессах, в отличие от менее эффективной периодической обработки. Эти и другие варианты осуществления, наряду с множеством их преимуществ и признаков, описаны более подробно в сочетании с приведенным ниже описанием и приложенными фигурами. [0010] Such technology can provide many advantages over conventional technologies. For example, the technology makes it possible to create metallurgical systems and units that can be operated in a wider range of temperatures and energies than conventional systems. In addition, the present technology can be applied in continuous processes, as opposed to less efficient batch processing. These and other embodiments, along with many of their advantages and features, are described in more detail in conjunction with the description below and the accompanying figures .

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[0011] Дополнительное понимание сути и преимуществ раскрытых вариантов осуществления можно реализовать при обращении к остальным частям описания и чертежей.[0011] An additional understanding of the essence and advantages of the disclosed embodiments can be realized by referring to the remaining parts of the description and drawings.

[0012] На фиг. 1 представлен схематичный вид в разрезе иллюстративного металлургического агрегата согласно вариантам осуществления настоящей технологии.[0012] FIG. 1 is a schematic sectional view of an exemplary metallurgical plant in accordance with embodiments of the present technology.

[0013] На фиг. 2 представлен схематичный вид сверху иллюстративной крышки металлургического сосуда согласно вариантам осуществления настоящей технологии.[0013] FIG. 2 is a schematic plan view of an exemplary metallurgical vessel lid according to embodiments of the present technology.

[0014] На фиг. 3 представлен схематичный вид в разрезе металлургического сосуда согласно вариантам осуществления настоящей технологии.[0014] FIG. 3 is a schematic sectional view of a metallurgical vessel according to embodiments of the present technology.

[0015] На фиг. 4 представлен схематичный вид в перспективе токоотвода согласно вариантам осуществления настоящей технологии.[0015] FIG. 4 is a schematic perspective view of a current collector according to embodiments of the present technology.

[0016] На фиг. 5 представлен схематичный вид в перспективе иллюстративной металлургической системы согласно вариантам осуществления настоящей технологии.[0016] FIG. 5 is a schematic perspective view of an exemplary metallurgical system in accordance with embodiments of the present technology.

[0017] На фиг. 6 представлен схематичный вид в перспективе иллюстративной металлургической системы согласно вариантам осуществления настоящей технологии.[0017] FIG. 6 is a schematic perspective view of an exemplary metallurgical system in accordance with embodiments of the present technology.

[0018] На фиг. 7 представлены выбранные операции в иллюстративном способе использования металлургической системы согласно настоящей технологии.[0018] FIG. 7 shows selected steps in an exemplary method for using a metallurgical system in accordance with the present technology.

[0019] Некоторые фигуры приведены в виде схем. Должно быть понятно, что фигуры предназначены для иллюстративных целей, и их не следует рассматривать в масштабе, если только конкретно не указано, что они приведены в масштабе. Кроме этого, в виде схем фигуры представлены для облегчения понимания и могут не включать все аспекты или сведения по сравнению с реалистичными представлениями и для иллюстративных целей могут содержать материал в увеличенном виде.[0019] Some figures are given in the form of diagrams. It should be understood that the figures are for illustrative purposes and should not be taken to scale unless specifically stated that they are to scale. In addition, figures are presented in diagrammatic form for ease of understanding and may not include all aspects or details as compared to realistic representations, and for illustrative purposes may contain material in an enlarged form.

[0020] На приложенных фигурах аналогичные компоненты и/или признаки могут иметь то же самое цифровое ссылочное обозначение. Кроме того, различные компоненты одинакового типа в ссылочном обозначении можно различать с помощью буквы, которая вводит различия между сходными компонентами и/или признаками. Если в описании использовано только первое цифровое ссылочное обозначение, то это описание применимо к любому из сходных компонентов и/или признаков, имеющих то же самое первое цифровое ссылочное обозначение независимо от буквенного индекса.[0020] In the appended figures, similar components and/or features may have the same reference numeral. In addition, different components of the same type in a reference designation can be distinguished by a letter that distinguishes between like components and/or features. If only the first numeral is used in the description, then the description applies to any of the like components and/or features having the same first numeral, regardless of the letter index.

Подробное описаниеDetailed description

[0021] В металлургической обработке может использоваться сильный нагрев, например, от тепловых или электрических источников, для обработки множества самых разных материалов, включая металлы и металлосодержащие материалы. Эти материалы могут иметь точки плавления значительно намного выше 1000°C, и поэтому сосуд и любые связанные с ним компоненты, контактирующие с расплавленными материалами, могут передавать очень высокие температуры. Многие системы работают с застывшей коркой электролита, которая может защищать стенки ванны от самых высоких температур, а также от химического воздействия компонентов электролита на внутренние стенки.[0021] In metallurgical processing, intense heat, such as from thermal or electrical sources, can be used to process a wide variety of materials, including metals and metal-containing materials. These materials can have melting points well above 1000° C. and therefore the vessel and any associated components in contact with the molten materials can transmit very high temperatures. Many systems operate with a hardened electrolyte crust, which can protect the walls of the bath from the highest temperatures, as well as from the chemical attack of the electrolyte components on the internal walls.

[0022] Обычные ванны могут быть ограничены установкой сосуда или всей системы. Например, для многих конструкций требуется полная остановка для извлечения затвердевшего продукта. Кроме этого, расходование одного из электродов, например, анода, может привести к остановке работы, а также полному восстановлению целевого вещества в системе, что может потребовать проведения дополнительных периодических загрузок. В обычных системах можно справляться с этими проблемами, обычно принимая ограничения или неэффективности самой системы. С другой стороны, в настоящей технологии используются такие конфигурации системы и принципы работы, которые при обеспечивают непрерывную работу ванны с получением множества целевых материалов.[0022] Conventional baths may be limited to the installation of a vessel or the entire system. For example, many designs require a complete stop to remove the hardened product. In addition, the consumption of one of the electrodes, for example, the anode, can lead to a stoppage of work, as well as a complete restoration of the target substance in the system, which may require additional periodic downloads. Conventional systems can deal with these problems, usually by accepting the limitations or inefficiencies of the system itself. On the other hand, the present technology utilizes system configurations and operating principles that allow continuous operation of the bath to produce a variety of target materials.

[0023] Обращаясь к фиг. 1A, там показан вид в разрезе иллюстративного металлургического агрегата 100 согласно вариантам осуществления настоящей технологии. Этот агрегат и составляющие его компоненты можно использовать для генерирования тепла любом количеством способов для плавления находящихся внутри материалов. Тепло можно получать путем подвода к сосуду высокой температуры, а также можно вырабатывать или генерировать за счет электроэнергии. Агрегат 100 может включать в себя огнеупорный сосуд 110, содержащий боковые стороны 112 и основание 114. Боковые стороны 112 и основание 114 могут по меньшей мере частично образовать внутренний объем 115 внутри огнеупорного сосуда 110. Огнеупорный сосуд 110 может быть выполнен с возможностью помещения в него одного или более материалов для обработки, таких как металлосодержащие материалы, включая оксиды металлов. Сосуд может быть использован с любым числом конфигураций обработки, включая электролиз расплавленных оксидов, и может содержать материалы электролита в дополнение к обрабатываемому металлосодержащему материалу. Огнеупорный сосуд 110 может образовать по меньшей мере одно, а может образовать множество отверстий 116 в центральной зоне основания 114. Отверстия могут обеспечивать доступ к электропроводным элементам, связанным с токоотводом, как обсуждается ниже.[0023] Referring to FIG. 1A, there is a sectional view of an exemplary metallurgical plant 100 according to embodiments of the present technology. This unit and its constituent components can be used to generate heat in any number of ways to melt the materials within. Heat can be obtained by applying heat to the vessel, and can also be generated or generated by electricity. The assembly 100 may include a fire vessel 110 comprising sides 112 and a base 114. The sides 112 and base 114 may at least partially form an internal volume 115 within the fire vessel 110. The fire vessel 110 may be configured to contain one or more materials for processing, such as metal-containing materials, including metal oxides. The vessel may be used with any number of processing configurations, including molten oxide electrolysis, and may contain electrolyte materials in addition to the metal-containing material being processed. The refractory vessel 110 may form at least one, and may form a plurality of holes 116 in the central region of the base 114. The holes may provide access to conductive elements associated with the current collector, as discussed below.

[0024] Металлургический агрегат 100 также может содержать крышку 120, используемую в сочетании с огнеупорным сосудом 110. Крышка 120 может быть съемно сопряжена с огнеупорным сосудом 110 и может быть непосредственно соединена, прикручена болтами, скреплена или связана с огнеупорным сосудом 110. В вариантах осуществления крышка 120 может быть съемно сопряжена с огнеупорным сосудом 110 болтами, крепежными приспособлениями или другими материалами, предназначенными для соединения двух конструкций. И крышка 120, и сосуд 110 может иметь фланец, обеспечивающий поверхность контакта для соединения этих двух компонентов. Во время работы крышку 120 может быть сопряжена с огнеупорным сосудом 110, образуя уплотнение, которое может представлять собой жидкостное уплотнение или может представлять собой герметичное уплотнение. Кроме этого, в некоторых вариантах осуществления крышка 120 может быть сопряжена с огнеупорным сосудом 110 для содействия удержанию и/или сбору или удалению получаемых отходящих материалов, включая газообразные побочные продукты. В некоторых вариантах осуществления крышка 120 может быть выполнена с возможностью образования частично, по существу или полностью герметичного уплотнения с огнеупорным сосудом 110. В конструкции крышки 120 может быть образовано множество сквозных отверстий, как обсуждается более подробно ниже со ссылкой на фиг. 2.[0024] The metallurgical assembly 100 may also include a lid 120 used in conjunction with the refractory vessel 110. The lid 120 may be removably mated to the refractory vessel 110 and may be directly connected, bolted, fastened, or bonded to the refractory vessel 110. In embodiments, lid 120 may be removably coupled to refractory vessel 110 with bolts, fasteners, or other materials designed to connect the two structures. Both lid 120 and vessel 110 may have a flange providing a contact surface for connecting the two components. During operation, the lid 120 may be mated with the refractory vessel 110 to form a seal, which may be a liquid seal or may be an airtight seal. In addition, in some embodiments, the lid 120 may be associated with a refractory vessel 110 to assist in the containment and/or collection or removal of resulting waste materials, including gaseous by-products. In some embodiments, lid 120 may be configured to form a partially, substantially, or completely sealed seal with refractory vessel 110. A plurality of through holes may be formed in lid 120 construction, as discussed in more detail below with reference to FIG. 2.

[0025] Металлургический агрегат 100 также может содержать токоотвод 125, расположенный смежно с основанием 114 огнеупорного сосуда 110. Токоотвод 125 может представлять собой электропроводный стержень или материал, соединенный с огнеупорным сосудом 110 или внутри него. В некоторых вариантах осуществления токоотвод 125 может содержать токопроводящие выступы 126, расположенные внутри множества отверстий 116, находящихся по центру внутри основания 114 огнеупорного сосуда 110.[0025] The metallurgical assembly 100 may also include a current collector 125 located adjacent to the base 114 of the refractory vessel 110. The current conductor 125 may be an electrically conductive rod or material connected to or within the refractory vessel 110. In some embodiments, current collector 125 may include conductive protrusions 126 located within a plurality of holes 116 centrally located within base 114 of refractory vessel 110.

[0026] Металлургический агрегат 100 может содержать газонепроницаемое уплотнение 130, установленное вокруг первого сквозного отверстия 132, образованного в крышке 120. Газонепроницаемое уплотнение 130 может быть выполнено с возможностью приема и пропускания подвижного анода 140 через газонепроницаемое уплотнение 130 и первое сквозное отверстие 132, образованное в крышке 120. В зависимости от процесса, выполняемого внутри огнеупорного сосуда 110, анод можно двигать одним или более способами. Например, в вариантах осуществления анод 140 может быть образован из углерода или некоторых других электропроводных материалов. В самом процессе углерод может по меньшей мере частично расходоваться в реакции окисления, например, по которой может получаться монооксид углерода, диоксид углерода или какой-то другой углеродсодержащий материал. Во время процесса, в котором расходуется углерод, анод можно перепозиционировать, например, путем опускания дальше в огнеупорный сосуд 110, чтобы сохранять контакт с материалом электролита, сохранять конкретное расстояние между анодом и катодом системы или подавать дополнительный материал для расходования. Кроме этого, во время операций выпуска металла уровень материала внутри огнеупорного сосуда 110 может снижаться, и анод также можно опускать для поддержания реакции во время выпуска металла. Аналогичным образом могут быть охвачены другие сценарии, в которых анод 140 во время работы поступательно перемещают. Хотя показано наличие одного единственного анода, в разных вариантах осуществления может иметься множество анодов и удерживающих аноды систем в зависимости от размера и формы сосуда и распределения катодных материалов или токоотводов.[0026] The metallurgical plant 100 may include a gas tight seal 130 installed around the first through hole 132 formed in the cover 120. lid 120. Depending on the process performed inside the refractory vessel 110, the anode can be moved in one or more ways. For example, in embodiments, anode 140 may be formed from carbon or some other electrically conductive material. In the process itself, the carbon may be at least partially consumed in an oxidation reaction, for example, which may produce carbon monoxide, carbon dioxide, or some other carbonaceous material. During a process that consumes carbon, the anode can be repositioned, such as by lowering further into the refractory vessel 110, to maintain contact with the electrolyte material, maintain a specific distance between the anode and cathode of the system, or supply additional material for consumption. In addition, during metal tapping operations, the level of material inside the refractory vessel 110 may decrease and the anode may also be lowered to maintain the reaction during metal tapping. Similarly, other scenarios may be covered in which the anode 140 is translated during operation. Although a single anode is shown, there may be multiple anodes and anode retention systems in different embodiments depending on the size and shape of the vessel and the distribution of cathode materials or current collectors.

[0027] Газонепроницаемое уплотнение 130 может быть введено для обеспечения возможности вертикального поступательного перемещения анода 140 при сохранении или по существу сохранении герметичного уплотнения. Например, первое сквозное отверстие 132 в крышке 120 может быть подобрано по размеру для приема анодов 140 множества размеров, или может иметь допуск, обеспечивающий движение анода 140 во время работы. Зазор, который может иметься вокруг анода 140 внутри первого отверстия 132, может обеспечивать путь выхода для газа, образующегося во время работы. Получающийся газ может содержать компоненты, которые могут быть вредными при высвобождении без обработки или могут означать потерю тепла из системы со снижением эффективности проводимого процесса. Соответственно, газонепроницаемое уплотнение 130 может быть образовано или выполнено с возможностью ограничения высвобождения газа из огнеупорного сосуда 110 через первое сквозное отверстие 132, образованное в крышке 120. Газонепроницаемое уплотнение 130 может содержать множество пластин, скрученных болтами или сваренных вместе, и может содержать одну или более прокладок для образования парового барьера вокруг анода 140.[0027] A gas-tight seal 130 may be introduced to allow the anode 140 to move vertically while maintaining or substantially maintaining a gas-tight seal. For example, the first through hole 132 in the cover 120 may be sized to receive a variety of sizes of anodes 140, or may have a tolerance to allow movement of the anode 140 during operation. A gap that may exist around the anode 140 within the first opening 132 may provide an exit path for gas generated during operation. The resulting gas may contain components that may be harmful if released without treatment, or may represent a loss of heat from the system, reducing the efficiency of the process. Accordingly, the gas-tight seal 130 may be formed or configured to restrict the release of gas from the refractory vessel 110 through the first through hole 132 formed in the lid 120. The gas-tight seal 130 may comprise a plurality of plates bolted or welded together, and may include one or more gaskets to form a vapor barrier around the anode 140.

[0028] В вариантах осуществления технологии огнеупорный сосуд 110 может содержать некоторое число слоев и материалов. Хотя на фиг. 1 показан трехслойный огнеупорный сосуд, должно быть понятно, что в вариантах осуществления огнеупорные сосуды согласно настоящей технологии могут содержать 1, 2, 3, 4, 5 или более слоев с множеством различных конфигураций. Как показано, огнеупорный сосуд 110 содержит множество слоев, а в вариантах осуществления может содержать по меньшей мере два слоя материала. Огнеупорный сосуд 110 может содержать внешний слой материала 109, которым может быть изоляционный материал, выполненный с возможностью уменьшения потери тепла из огнеупорного сосуда. Огнеупорный сосуд 110 также может содержать внутренний слой материала 113, с которым может контактировать один или более материалов внутри огнеупорного сосуда 110, включая компоненты электролита. Внутренний слой материала 113 может содержать материал, выполненный химически совместимым с электролитом, содержащимся во внутреннем объеме 115 огнеупорного сосуда 110. Этим материалом может быть материал, специфический для конкретного химического процесса, выполняемого внутри огнеупорного сосуда 110. Например, материалом 113 может быть материал, химически инертный к одному или более компонентам электролита, или же этот материал может быть составлен из материалов, способных выдерживать температуру, давление и/или химические условия во внутреннем объеме 115 огнеупорного сосуда 110.[0028] In embodiments, the refractory vessel 110 may comprise a number of layers and materials. Although in FIG. 1 shows a three-layer refractory vessel, it should be understood that in embodiments, refractory vessels according to the present technology may comprise 1, 2, 3, 4, 5 or more layers in many different configurations. As shown, the refractory vessel 110 comprises a plurality of layers, and in embodiments may comprise at least two layers of material. The refractory vessel 110 may include an outer layer of material 109, which may be an insulating material configured to reduce heat loss from the refractory vessel. The refractory vessel 110 may also include an inner layer of material 113 with which one or more materials within the refractory vessel 110, including electrolyte components, may be contacted. The inner layer of material 113 may contain a material made chemically compatible with the electrolyte contained in the internal volume 115 of the refractory vessel 110. This material may be a material specific to a particular chemical process performed inside the refractory vessel 110. For example, the material 113 may be a material that is chemically inert to one or more components of the electrolyte, or this material may be composed of materials capable of withstanding the temperature, pressure and/or chemical conditions in the internal volume 115 of the refractory vessel 110.

[0029] В некоторых вариантах осуществления огнеупорный сосуд 110 также может содержать промежуточный слой материала 111. Промежуточный слой материала 111 может обеспечивать огнеупорному сосуду устойчивость с точки зрения конструкции, температуры, реакционной способности или другим характеристикам. Каждый из слоев материала может присутствовать в разных формах. Например, каждый слой материала может образовать часть одной или обеих боковых сторон 112, а также основания 114. Как показано на фиг. 1, внутренний слой материала 113 может образовать внутренние боковые стенки огнеупорного сосуда 110, тогда как промежуточный слой материала 111 может образовать внутреннее основание и может образовать сквозные отверстия через основание 114 огнеупорного сосуда 110, а также это может делать внешний слой 109. Вокруг огнеупорного сосуда 110 может быть расположена охлаждающая рубашка (не показана), и вокруг огнеупорного сосуда может протекать одна или более охлаждающих текучих сред. Помимо этого, охлаждающая рубашка может иметь отражающую поверхность для уменьшения излучательного теплопереноса из огнеупорного сосуда 110. Возможны другие конфигурации, в которых материалы образуют одну или более зон огнеупорного сосуда 110.[0029] In some embodiments, the refractory vessel 110 may also include an intermediate layer of material 111. The intermediate layer of material 111 may provide stability to the refractory vessel in terms of design, temperature, reactivity, or other characteristics. Each of the layers of material may be present in different forms. For example, each layer of material may form part of one or both sides 112 as well as base 114. As shown in FIG. 1, the inner layer of material 113 may form the inner side walls of the refractory vessel 110, while the intermediate layer of material 111 may form the inner base and may form through holes through the base 114 of the refractory vessel 110, and the outer layer 109 may also do so. Around the refractory vessel 110 a cooling jacket (not shown) may be located and one or more cooling fluids may flow around the refractory vessel. In addition, the cooling jacket may have a reflective surface to reduce radiative heat transfer from the refractory vessel 110. Other configurations are possible in which the materials form one or more zones of the refractory vessel 110.

[0030] Огнеупорный сосуд 110 может быть выполнен из ряда материалов, используемых при производстве обычных печей, включая огнеупорные глины и разные неметаллические материалы, включая оксиды разных элементов. В качестве примера сосуд может состоять из металлов или керамических материалов и может содержать оксиды, карбиды и/или нитриды кремния, кальция, магния, алюминия и бора. Материалы огнеупорного сосуда также могут включать в себя одно или более из железа, стали, ниобия, молибдена, тантала, вольфрама, рения, титана, ванадия, хрома, циркония, гафния, рутения, родия, осмия или иридия, а также оксиды, нитриды и другие комбинации, включающие один или более из этих материалов. Можно использовать дополнительные материалы, когда эти материал или материалы способны выдерживать температуры выше или примерно 500°C, выше или примерно 1000°C, выше или примерно 1500°C, выше или примерно 2000°C, выше или примерно 2500°C, выше или примерно 3000°C, выше или примерно 3500°C, выше или примерно 4000°C, или выше. В отличие от многих обычных сосудов, таких как многие ванны Холла-Эру, которые могут быть ограничены температурами ниже или примерно 1000°C, представленные сосуды могут быть способны работать со значительно более высокими температурами, облегчающими электрохимическую обработку многих дополнительных металлов с температурами плавления выше 1500°C. Кроме этого, материалы могут не реагировать с материалами, содержащимися внутри сосуда. Огнеупорный сосуд 110 также может содержать проем 145, выполненный с возможностью выдачи рафинированных или обработанных материалов из огнеупорного сосуда 110. Специалистам будет легко понятно, что проемы могут быть расположены в любом числе мест, и их не следует считать ограниченными показанной иллюстративной конструкцией.[0030] The refractory vessel 110 may be made from a variety of materials used in the manufacture of conventional furnaces, including refractory clays and various non-metallic materials, including oxides of various elements. By way of example, the vessel may be composed of metals or ceramic materials and may contain oxides, carbides and/or nitrides of silicon, calcium, magnesium, aluminum and boron. The refractory vessel materials may also include one or more of iron, steel, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium, titanium, vanadium, chromium, zirconium, hafnium, ruthenium, rhodium, osmium, or iridium, as well as oxides, nitrides, and other combinations including one or more of these materials. Additional materials may be used when the material or materials are capable of withstanding temperatures above or about 500°C, above or about 1000°C, above or about 1500°C, above or about 2000°C, above or about 2500°C, above or about 3000°C, above, or about 3500°C, above, or about 4000°C, or above. Unlike many conventional vessels, such as many Hall-Héroult baths, which can be limited to temperatures below or about 1000°C, the present vessels can be capable of operating at significantly higher temperatures, facilitating the electrochemical processing of many additional metals with melting points above 1500 °C. In addition, the materials may not react with the materials contained within the vessel. The refractory vessel 110 may also include an opening 145 configured to dispense refined or processed materials from the refractory vessel 110. Those skilled in the art will readily appreciate that the openings may be located in any number of locations and should not be considered limited to the illustrative construction shown.

[0031] Материалы огнеупорного сосуда также могут включать в себя или быть образованы из материалов, характеризующихся конкретными тепловыми характеристиками. Например, внутренний слой материала 113 может характеризоваться более высокой удельной теплопроводностью, чем внешний слой материала 109, который может представлять собой изоляционный слой. Любые материалы огнеупорного сосуда могут характеризоваться удельной теплопроводностью ниже или примерно 30 Вт/(м⋅К) и могут характеризоваться удельной теплопроводностью ниже или примерно 25 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 20 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 15 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 10 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 5 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 3 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 2 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 1 Вт/(м⋅К), ниже или примерно 0,5 Вт/(м⋅К), или менее. Удельная теплопроводность каждого слоя также может составлять любой меньший диапазон в пределах любого из этих указанных диапазонов, например, между примерно 0,5 Вт/(м⋅К) и примерно 2 Вт/(м⋅К), или меньший диапазон в пределах этого или других указанных диапазонов.[0031] The refractory vessel materials may also include or be formed from materials having specific thermal characteristics. For example, the inner layer of material 113 may have a higher thermal conductivity than the outer layer of material 109, which may be an insulating layer. Any refractory vessel materials may have a thermal conductivity below or about 30 W/(m⋅K) and may have a thermal conductivity below or about 25 W/(m⋅K), below or about 20 W/(m⋅K), below or about 15 W/(m⋅K), below or about 10 W/(m⋅K), below or about 5 W/(m⋅K), below or about 3 W/(m⋅K), below or about 2 W/(m⋅K), less than or about 1 W/(m⋅K), less than or about 0.5 W/(m⋅K), or less. The thermal conductivity of each layer may also be any smaller range within any of these specified ranges, for example, between about 0.5 W/(m⋅K) and about 2 W/(m⋅K), or a smaller range within that or other specified ranges.

[0032] Обращаясь к фиг. 2, там показан схематичный вид сверху иллюстративной крышки 120 металлургического сосуда согласно вариантам осуществления настоящей технологии. Как замечено ранее, в конструкции крышки 120 может быть образовано множество сквозных отверстий. Центральное отверстие, которым может быть первое отверстие 132, может быть предусмотрено для размещения анода, как описано ранее. Крышка 120 может образовать контактную площадку или фланец вокруг первого отверстия 132 для приема и предоставления стабильной или плоской поверхности для газонепроницаемого уплотнения с целью ограничения или предотвращения выхода текучей среды вокруг анода или электрода, проходящего через первое отверстие 132. Крышка 120 также может образовать выпускное отверстие 210, которое может быть подобрано по размерам для распределения газа из огнеупорного сосуда. Выпускное отверстие 210 также может содержать контактную площадку или фланец для соединения трубопровода или другого оборудования, который может обеспечить гидравлическое уплотнение вокруг выпускного отверстия 210. Выпускное отверстие может обеспечить регулирование давления внутри металлургической системы, а также может обеспечить извлечение образующегося пара для ряда назначений. Например, извлекаемый пар можно очищать, промывать в скруббере или дополнительно обрабатывать для уменьшения вредных или нежелательных свойств. Кроме этого, извлекаемый пар можно использовать в качестве источника тепла для других операций, и пар можно извлекать для других вариантов использования. Например, в некоторых операциях обработки оксидов металлов на аноде может образовываться газообразный кислород, который можно собирать из системы и использовать по разным назначениям, для которых подходит кислород.[0032] Referring to FIG. 2, there is shown a schematic plan view of an exemplary metallurgical vessel lid 120 according to embodiments of the present technology. As previously noted, a plurality of through holes may be formed in the lid 120 structure. The central hole, which may be the first hole 132, may be provided to receive the anode, as previously described. Cover 120 may form a pad or flange around first opening 132 to receive and provide a stable or flat surface for a gastight seal to restrict or prevent fluid from escaping around an anode or electrode passing through first opening 132. Cover 120 may also form outlet 210 , which can be sized to distribute the gas from the refractory vessel. The outlet 210 may also include a pad or flange for connecting piping or other equipment, which may provide a hydraulic seal around the outlet 210. The outlet may provide pressure control within the metallurgical system, and may also provide recovery of the resulting steam for a number of purposes. For example, the recovered steam may be treated, scrubbed, or further treated to reduce harmful or undesirable properties. In addition, the recovered steam can be used as a heat source for other operations, and the steam can be recovered for other uses. For example, in some metal oxide processing operations, oxygen gas can be generated at the anode, which can be collected from the system and used in various applications for which oxygen is suitable.

[0033] В крышке 120 также может быть образовано одно или более впускных отверстий 220, которые могут быть подобраны по размерам для распределения материала или материалов в огнеупорный сосуд. Как показано, впускные отверстия 220 могут быть образованы насквозь в крышке 120 вокруг выпускного отверстия 210. Например, в зависимости от систем, связанных с извлечением или обработкой отходящих газов, а также с подачей материала, впускное отверстие 220a может быть образовано дистально к выпускному отверстию 210, как показано. В крышке 120 также может быть образовано множество сквозных впускных отверстий, которые можно использовать для обеспечения множества мест подачи аналогичного материала или которые могут обеспечивать доступ для подачи разных материалов в огнеупорный сосуд. Например, как показано, крышка 120 содержит два впускных отверстия 220, хотя может иметься большее или меньшее количество впускных отверстий. При том, что впускное отверстие 220a можно использовать для подачи оксида целевого металла, например, впускное отверстие 220b можно использовать для подачи в огнеупорный сосуд дополнительных материалов электролита, легирующих материалов или других добавок или компонентов. Кроме этого, впускные отверстия 220a могут быть предназначены для облегчения доставки материала в виде мелких частиц, например, через сито или воронкообразное отверстие. Многие обычные системы включают турбулентную работу, которая может вызывать спекание или агломерацию доставляемого материала. Настоящая технология может обеспечивать значительно более стабильную работу, обеспечивая доставку в систему материалов в виде мелких частиц.[0033] Lid 120 may also have one or more inlet openings 220 that can be sized to dispense material or materials into the refractory vessel. As shown, inlets 220 may be formed through the lid 120 around the outlet 210. For example, depending on systems associated with the extraction or treatment of off-gases, as well as material supply, the inlet 220a may be formed distally to the outlet 210 , as shown. The lid 120 may also be provided with a plurality of through inlets which may be used to provide a plurality of feed points for the same material, or which may provide access to feed different materials into the refractory vessel. For example, as shown, cover 120 includes two inlets 220, although there may be more or fewer inlets. While the inlet 220a may be used to supply the target metal oxide, for example, the inlet 220b may be used to supply the refractory vessel with additional electrolyte materials, alloying materials, or other additives or components. In addition, the inlet holes 220a may be designed to facilitate the delivery of material in the form of fine particles, for example, through a sieve or funnel-shaped opening. Many conventional systems involve turbulent operation which can cause sintering or agglomeration of the delivered material. The present technology can provide much more stable operation by delivering fine particulate materials to the system.

[0034] Преимущество описанных систем по настоящей технологии состоит в том, что они могут облегчать непрерывную обработку материалов, в отличие от электродуговых печей. Представленные системы могут непрерывно потреблять электричество для генерирования тепла и получения конечных материалов. Многие обычные высокотемпературные реакторы могут работать только при периодической обработке. Хотя некоторые системы Холла-Эру могут работать при непрерывным потреблении электричества, эти системы работают при значительно пониженных температурах с уменьшением образования и излучения тепла. Из этих преимуществ включение одного впускного проема, который может принимать регулируемый поток оксида целевого металла, может облегчать непрерывную обработку. Впускные отверстия 220 также могут содержать контактную площадку или фланец для соединения трубопровода или других компонентов, связанных с доставкой материала, которые могут обеспечить образование уплотнения вокруг впускных отверстий. Так как соответствующее подающее оборудование может быть соединено с крышкой 120, либо напрямую, либо непрямую (опосредованно), снятие оборудования для добавления других компонентов может быть затруднено или неэффективно. Соответственно, для многокомпонентных систем или для координирования материалов электролита в крышке 120 может быть образовано множество сквозных впускных отверстий 220.[0034] The advantage of the described systems according to the present technology is that they can facilitate the continuous processing of materials, in contrast to electric arc furnaces. The presented systems can continuously consume electricity to generate heat and obtain final materials. Many conventional high temperature reactors can only be operated with batch processing. Although some Hall-Héroult systems can operate with continuous electricity, these systems operate at significantly lower temperatures with reduced heat generation and radiation. Of these advantages, the inclusion of a single inlet that can receive a controlled flow of target metal oxide can facilitate continuous processing. The inlets 220 may also include a pad or flange for connecting conduit or other material delivery components that can provide a seal around the inlets. Since the appropriate supply equipment may be connected to the cover 120, either directly or indirectly (indirectly), removal of the equipment to add other components may be difficult or inefficient. Accordingly, for multi-component systems or to coordinate electrolyte materials, a plurality of through inlets 220 may be formed in the cap 120.

[0035] В крышке 120 также могут быть образованы отверстия 230, которые могут включать в себя инжекционные отверстия, а также измерительные отверстия. Для некоторых операций может быть полезна инжекция газа во время работы. Отверстия для подачи газа могут обеспечивать добавление в огнеупорный сосуд разных элементов. Отверстия для подачи газа, включенные в отверстия 230, могут содержать сопло или проем, с которым можно соединить газовые трубопроводы, или могут содержать впуски, в которые можно вставлять газовые трубки. Отверстия 230 также могут включать отверстия для измерительного оборудования, включая операции измерения температуры, давления, электричества и другие. Используемые датчики и оборудование могут быть специально выполнены с возможностью работы при температурах до, выше или примерно 1000°C, выше или примерно 2000°C, выше или примерно 3000°C, или выше. Однако с точки зрения уникальной работы по настоящей технологии можно использовать множество стандартных датчиков. Описанные системы могут давать локализованный тепловой эффект внутри сосуда, который может обеспечивать разные места вокруг сосуда, имеющие температуры, которые могут быть на несколько сотен градусов ниже центральной части сосуда. Это может обеспечить встраивание датчиков и другого оборудования, которое традиционно нельзя было задействовать в некоторых обычных системах, таких как электродуговые печи, по причине излучательной теплопередачи при температурах, которые могут превышать 2000°C. Аналогично другим отверстиям, образованным в крышке 120, отверстия 230 могут обеспечивать уплотнение для ограничения или предотвращения потери или распыления газа из огнеупорного сосуда.[0035] Holes 230 may also be formed in cap 120, which may include injection holes as well as metering holes. For some operations, gas injection during operation may be useful. The gas supply holes may allow various elements to be added to the refractory vessel. The gas supply openings included in the openings 230 may include a nozzle or opening to which gas conduits may be connected, or may contain inlets into which gas tubes may be inserted. Openings 230 may also include openings for instrumentation, including temperature, pressure, electrical, and other measurement operations. The sensors and equipment used may be specifically configured to operate at temperatures up to, above, or about 1000°C, above or about 2000°C, above, or about 3000°C, or above. However, in terms of the unique operation of the present technology, a variety of standard sensors can be used. The systems described can provide a localized thermal effect within the vessel, which may provide different locations around the vessel having temperatures that may be several hundred degrees below the central portion of the vessel. This may allow for the integration of sensors and other equipment that has traditionally not been possible in some conventional systems, such as electric arc furnaces, due to radiative heat transfer at temperatures that can exceed 2000°C. Like other openings formed in lid 120, openings 230 may provide a seal to limit or prevent loss or spray of gas from the refractory vessel.

[0036] Крышка 120 также может содержать проемы 240 доступа, которые могут проходить из крышки 120 в разных направлениях, местоположениях или под разными углами. Проемы доступа могут содержать резьбовые участки или другие соединения с прокладками или фланцами, которые могут обеспечить уплотнение проемов доступа с крышкой или другим средством закрывания во время работы для ограничения или предотвращения высвобождения газа. Проемы доступа могут способствовать визуальному осмотру, тестированию или другим операциям за счет обеспечения разного доступа в зоны огнеупорного сосуда. Как показано, проемы 240 доступа могут быть распределены вокруг крышки 120 для предоставления доступа в разные зоны огнеупорного сосуда во время работы. В крышке 120 может содержаться любое количество отверстий каждого типа, и показанная конфигурация является всего лишь одной возможной конфигурацией, охватываемой настоящей технологией. Должно быть понятно, что настоящая технология аналогичным образом охватывает другие конфигурации, количества отверстий и комбинации отверстий.[0036] Lid 120 may also include access openings 240 that may extend from lid 120 in different directions, locations, or angles. The access openings may include threaded sections or other gasketed or flanged connections that can seal the access openings with a lid or other closure during operation to contain or prevent the release of gas. Access openings may facilitate visual inspection, testing, or other operations by providing varying access to areas of the refractory vessel. As shown, access openings 240 may be distributed around cover 120 to allow access to different areas of the refractory vessel during operation. Lid 120 may contain any number of each type of opening, and the configuration shown is just one possible configuration covered by the present technology. It should be understood that the present technology similarly covers other configurations, numbers of holes, and combinations of holes.

[0037] На фиг. 3 показан дополнительный схематичный вид в разрезе огнеупорного сосуда 300 согласно вариантам осуществления настоящей технологии. Огнеупорный сосуд 300 может иметь дополнительную конфигурацию материалов, в которую может входить порошковый слой 310. Порошковый слой 310 может состоять или включать любые из описанных ранее материалов и может становится структурно отвержденным при рабочих температурах, которые могут подниматься выше 1000°C. Порошковый слой 310 может по меньшей мере частично образовать боковые стенки огнеупорного сосуда 300. Огнеупорный сосуд 300 также может содержать слой 320 совместимости. Слой 320 совместимости может образовать внутреннее основание огнеупорного сосуда 300 и может образовать отверстия, сквозь которые могут быть распределены электропроводные элементы токоотвода. Как показано, слой 320 совместимости может наряду с порошковым слоем 310 также по меньшей мере частично образовывать боковые стенки огнеупорного сосуда. Слой 320 совместимости может быть выполнен химически, термически или иным образом совместимым с материалами, содержащимися внутри огнеупорного сосуда. Огнеупорный сосуд 300 также может содержать изоляционный материал 330, содержащийся во внешней зоне вокруг огнеупорного сосуда 300.[0037] FIG. 3 shows a further schematic sectional view of a refractory vessel 300 according to embodiments of the present technology. The refractory vessel 300 may have an additional material configuration that may include a powder layer 310. The powder layer 310 may consist of or include any of the materials previously described and may become structurally cured at operating temperatures that may rise above 1000°C. The powder layer 310 may at least partially form the side walls of the refractory vessel 300. The refractory vessel 300 may also include a compatibility layer 320. The compatibility layer 320 may form the inner base of the refractory vessel 300 and may form openings through which conductive current collector members may be distributed. As shown, the compatibility layer 320 can, along with the powder layer 310, also at least partially form the side walls of the refractory vessel. The compatibility layer 320 may be made chemically, thermally, or otherwise compatible with the materials contained within the refractory vessel. The refractory vessel 300 may also include an insulating material 330 contained in the outer zone around the refractory vessel 300.

[0038] Характеристики огнеупорного сосуда 300 могут быть отчасти основаны на используемых при создании сосуда материалах. Например, в характеристики огнеупорного сосуда могут вносить вклад оксид алюминия, оксид магния, оксид циркония или другие материалы. Например, удельное сопротивление огнеупора может составлять в диапазоне от более чем или примерно 1,0⋅10²⁴ Ом⋅м при температурах от ниже примерно 500°C до менее чем или примерно 1,0⋅10⁹ Ом⋅м при температурах выше 1000°C и может иметь любое значение в этом диапазоне. Кроме этого, процентная доля ионной проводимости при температурах выше 500°C может варьировать в зависимости от материалов. При использовании материалов с пониженным ионным переносом ионная проводимость может опускаться до нуля процентов, тогда как при использовании материалов с более высоким ионным переносом ионная проводимость может доходить до 100 процентов и может иметь любое значение в этом диапазоне.[0038] The characteristics of the refractory vessel 300 may be based in part on the materials used in the construction of the vessel. For example, aluminum oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, or other materials may contribute to the performance of the refractory vessel. For example, the resistivity of a refractory may range from more than or about 1.0⋅10 ²⁴ ohm⋅m at temperatures below about 500°C to less than or about 1.0⋅10 ⁹ ohm⋅m at temperatures above 1000°C. C and can be any value in this range. In addition, the percentage of ionic conductivity at temperatures above 500°C may vary depending on the materials. With lower ion transport materials, ionic conductivity can drop to zero percent, while with higher ion transport materials, ionic conductivity can go up to 100 percent and can be anywhere in that range.

[0039] Огнеупорный сосуд может характеризоваться коэффициентом теплового расширения, также зависящим от использованных в сосуде материалов. Например, коэффициент теплового расширения огнеупора может составлять от примерно 2 мкм/м⋅°C до примерно 18 мкм/м⋅°C или более, и может иметь любое значение в этом диапазоне. Его значение можно регулировать в зависимости от рабочих температур, и оно может характеризоваться зависимым от температуры изменением от примерно -1 до примерно +1 с изменением материалов и рабочих температур. Огнеупорный сосуд также может характеризоваться пористостью, отчасти зависящей от материалов и формирования сосуда. В вариантах осуществления огнеупор может характеризоваться пористостью от менее чем или примерно 10% до более чем или примерно 80%, и может иметь любую конкретную пористость в пределах этого диапазона. Пористость может повышать изоляционную способность огнеупора, и в некоторых вариантах осуществления пористость может составлять более чем или примерно 50%.[0039] The refractory vessel may have a coefficient of thermal expansion also dependent on the materials used in the vessel. For example, the coefficient of thermal expansion of the refractory may be from about 2 µm/m⋅°C to about 18 µm/m⋅°C or more, and may be any value within this range. Its value can be adjusted depending on the operating temperatures, and it can be characterized by a temperature-dependent change from about -1 to about +1 with changes in materials and operating temperatures. The refractory vessel may also have porosity, depending in part on the materials and formation of the vessel. In embodiments, the refractory may have a porosity of less than or about 10% to greater than or about 80%, and may have any particular porosity within this range. Porosity can enhance the insulating ability of the refractory, and in some embodiments the porosity can be greater than or about 50%.

[0040] Обращаясь к фиг. 4, там показан схематичный вид в перспективе токоотвода 400 согласно вариантам осуществления настоящей технологии. Как показано, токоотвод 400 может содержать блок 420, который может содержать одну или более электропроводных шин 430 для обеспечения электрической связи с металлургическим агрегатом. Токоотвод 400 также может содержать множество токопроводящих выступов 425, выступающих из блока 420. Токопроводящие выступы 425 могут быть введены по некоторому рисунку, как показано, но их число и рисунок могут быть заданы для конкретного металлургического сосуда.[0040] Referring to FIG. 4, there is shown a schematic perspective view of a current collector 400 according to embodiments of the present technology. As shown, current collector 400 may include a block 420 that may include one or more electrically conductive bars 430 to provide electrical communication with the metallurgical unit. Current collector 400 may also include a plurality of conductive protrusions 425 protruding from block 420. Conductive protrusions 425 may be entered in a pattern as shown, but their number and pattern may be specified for a particular metallurgical vessel.

[0041] Число и положение токопроводящих выступов 425 может влиять на тепловой поток и тепловую мощность сосуда, а значит, регулируя число и положение токопроводящих элементов, систему можно регулировать рядом способов для установления стабильности или равновесия внутри сосуда. Соответственно, для иллюстративных металлургических агрегатов и сосудов по настоящей технологии токопроводящие элементы можно располагать вдоль блока 420 токоотвода по рисунку, предназначенному для обеспечения теплового и гидравлического равновесия по всему огнеупорному сосуду во время работы. Такой рисунок может принимать множество различных геометрических форм в зависимости от размера и формы сосуда, а число и интервал токопроводящих выступов также можно модифицировать аналогичным образом.[0041] The number and position of the conductive protrusions 425 can affect the heat flux and heat output of the vessel, so by adjusting the number and position of the conductive elements, the system can be adjusted in a number of ways to establish stability or balance within the vessel. Accordingly, for exemplary metallurgical assemblies and vessels of the present technology, the conductive members may be positioned along the current collector block 420 in a pattern designed to provide thermal and hydraulic equilibrium throughout the refractory vessel during operation. Such a pattern can take on many different geometries depending on the size and shape of the vessel, and the number and spacing of the conductive protrusions can also be modified in a similar manner.

[0042] В некоторых вариантах осуществления токоотвод и/или анод могут быть не соединены электрически с сосудом. Эти компоненты также могут быть электрически изолированы от крышки. Сосуд может иметь возможность быть электрически плавающим, что может ограничивать или предотвращать электрическое заземление электрохимической ванны. Таким образом, во время технологических событий, в которых блуждающий ток замыкает внутреннее содержимое на сосуд или крышку, необязательно имеет место замыкание на землю.[0042] In some embodiments, the current collector and/or the anode may not be electrically connected to the vessel. These components can also be electrically isolated from the cover. The vessel may be capable of being electrically floating, which may limit or prevent electrical grounding of the electrochemical bath. Thus, during process events in which a stray current shorts the interior to a vessel or lid, a ground fault does not necessarily occur.

[0043] За счет влияния на поток тепла и электроэнергии через ванну токопроводящие выступы также можно использовать для регулирования формы и местоположения металлосодержащего материала, находящегося внутри металлургического агрегата. Например, в промышленных электролизных ваннах можно использовать или формировать слой рафинируемого металла для получения стратифицированных слоев материала в огнеупорном сосуде, с более плотным рафинированным металлом вдоль основания огнеупорного сосуда. Однако этот слой может быть относительно толстым для того, чтобы сохранять плоский профиль в огнеупоре. Конфигурация токопроводящих выступов может влиять на ток через систему, который может быть сконфигурирован так, чтобы заставить плавящийся слой лежать плоским в огнеупоре.[0043] By influencing the flow of heat and electricity through the bath, the conductive protrusions can also be used to control the shape and location of the metal-containing material within the metallurgical unit. For example, industrial pots can use or form a layer of refined metal to form stratified layers of material in the refractory vessel, with denser refined metal along the base of the refractory vessel. However, this layer may be relatively thick in order to maintain a flat profile in the refractory. The configuration of the conductive protrusions can influence the current through the system, which can be configured to cause the fusible layer to lie flat in the refractory.

[0044] Во многих конфигурациях по настоящей технологии расплавленный металл, образовавшийся вдоль основания огнеупорного сосуда, при работе может служить катодом. Токопроводящие выступы или штыри 425 можно быть введены в зависимости от их электропроводных качеств, и в вариантах осуществления они могут содержать металл. Например, в вариантах осуществления токопроводящие выступы 425 могут состоять из или содержать серебро, медь, золото, алюминий, цинк, никель, латунь, бронзу, железо, платину, углеродсодержащий материал, свинец или сталь. В одном варианте осуществления токопроводящие выступы 425 могут содержать медь, которая имеет температуру плавления ниже 1100°С. Однако, если рафинируемым металлом является, например, железо, жидкое железо может иметь температуру свыше 1500°С. Соответственно, расплавленный металл может плавить токопроводящие выступы 425 с получением расплавленной смеси токопроводящих элементов и рафинируемого металла.[0044] In many configurations of the present technology, the molten metal formed along the base of the refractory vessel can serve as the cathode during operation. Conductive protrusions or pins 425 may be inserted depending on their electrical conductive qualities, and in embodiments they may contain metal. For example, in embodiments, conductive protrusions 425 may be composed of or comprise silver, copper, gold, aluminum, zinc, nickel, brass, bronze, iron, platinum, carbonaceous material, lead, or steel. In one embodiment, the conductive protrusions 425 may contain copper that has a melting point below 1100°C. However, if the metal to be refined is, for example, iron, the liquid iron may have a temperature in excess of 1500°C. Accordingly, the molten metal can melt the conductive protrusions 425 to form a molten mixture of the conductive elements and the metal to be refined.

[0045] Токопроводящие выступы могут быть из металла с более низкой температурой плавления, чем температура плавления материала, рафинируемого внутри сосуда. В таком случае часть токопроводящих выступов 425, контактирующая с материалом внутри сосуда, также может плавиться. По причине относительно стабильной температуры за пределами температуры плавления материала внутри сосуда тепло может в некоторой степени передаваться через огнеупорное основание 114 и токопроводящие выступы 425. Это может вызывать плавление по меньшей мере части токопроводящих выступов 425. Этот жидкий материал, который также может содержать смесь рафинируемого материала, может заполнять любое промежуточное пространство между токопроводящими стержнями и отверстием перед повторным затвердеванием внутри отверстия под штырь или описанных ранее отверстий 116 по мере перемещения металла дальше от теплового центра. При работе это может защищать от вытекания расплавленного материала через отверстие к токоотводу, что в отсутствие регулирования может вызывать выход системы из строя. Соответственно, материалы могут быть способны к «самозалечиванию» внутри конструкции. В вариантах осуществления также может быть обеспечено дополнительное охлаждение токопроводящих элементов, например, посредством теплопереноса в воздух, воду или какую-то другую текучую среду, которая может переносить тепло от токопроводящих элементов.[0045] The conductive protrusions may be of a metal with a lower melting point than the melting point of the material being refined inside the vessel. In such a case, the portion of the conductive protrusions 425 in contact with the material inside the vessel may also melt. Because of the relatively stable temperature beyond the melting point of the material inside the vessel, heat can be transferred to some extent through the refractory base 114 and the conductive protrusions 425. This can cause at least a portion of the conductive protrusions 425 to melt. This liquid material, which may also contain a mixture of material to be refined , can fill any intervening space between the conductive bars and the hole before resolidifying within the pin hole or previously described holes 116 as the metal moves further away from the heat center. In operation, this can prevent the flow of molten material through the hole to the current collector, which, if not controlled, can cause system failure. Accordingly, the materials may be capable of "self-healing" within the structure. In embodiments, additional cooling of the conductive elements may also be provided, for example, by transferring heat to air, water, or some other fluid that can transfer heat away from the conductive elements.

[0046] Каждое из отверстий может характеризоваться объемом, предназначенным для размещения внутри каждого из множества отверстий по меньшей мере части каждого из токопроводящих элементов в расплавленном состоянии. Он может содержать расплавленную смесь токопроводящих выступов и рафинируемого материала. В вариантах осуществления длину токопроводящих выступов можно поддерживать на уровне или ниже уровня, равного толщине огнеупорного основания 114. При этом, материал внутри огнеупора может сохраняться в существенно более чистом состоянии, а когда этот материал удаляют, или выпускают, менее вероятно также вытягивание материала из токопроводящих элементов.[0046] Each of the holes may be characterized by a volume intended to receive within each of the plurality of holes at least a portion of each of the conductive elements in a molten state. It may contain a molten mixture of conductive protrusions and the material to be refined. In embodiments, the length of the conductive protrusions can be maintained at or below a level equal to the thickness of the refractory base 114. In doing so, the material within the refractory can be maintained in a substantially cleaner state, and when this material is removed or vented, material is also less likely to be drawn out of the conductive elements.

[0047] На фиг. 5 представлен схематичный вид в перспективе иллюстративной металлургической системы 500 согласно вариантам осуществления настоящей технологии. Металлургическая система 500 может содержать некоторые или все компоненты металлургического агрегата 100, как описано ранее. Например, металлургическая система 500 может содержать огнеупорный сосуд 110. Огнеупорный сосуд 110 может иметь проем 502 для обеспечения доступа с целью выпуска металла из огнеупорного сосуда 110. В вариантах осуществления проем 502 может содержать сливной носок или соединитель для соединения канала для выдачи рафинированного материала из огнеупорного сосуда 110. Металлургическая система 500 также может содержать крышку 120, которая может быть выполнена с возможностью образования по существу герметичного уплотнения с огнеупорным сосудом 110, как описано ранее. Крышка 120 также может образовать множество отверстий, как обсуждалось выше в отношении фиг. 2.[0047] FIG. 5 is a schematic perspective view of an exemplary metallurgical system 500 in accordance with embodiments of the present technology. The metallurgical system 500 may include some or all of the components of the metallurgical plant 100, as previously described. For example, the metallurgical system 500 may include a refractory vessel 110. The refractory vessel 110 may have an opening 502 to provide access to drain metal from the refractory vessel 110. vessel 110. The metallurgical system 500 may also include a lid 120 that may be configured to form a substantially airtight seal with the refractory vessel 110 as previously described. Lid 120 may also form a plurality of openings, as discussed above with respect to FIG. 2.

[0048] Металлургическая система 500 также может содержать узел 510 крепления электрода. Узел крепления электрода может содержать ряд компонентов для управления использованием и движением электрода системой, который в вариантах осуществления может быть анодом. Узел 510 крепления электрода может содержать вертикально перемещаемый держатель 515. Держатель 515 может быть выполнен с возможностью сопряжения с электродом 520, который может быть аналогичным описанному ранее аноду 140. Держатель 515 также может электрически соединять электрод 520 с источником питания для работы металлургической системы. В некоторых конфигурациях или вариантах технологического применения металлургической системы 500 может происходить расходование или повреждение электрода 520, который может быть необходимо заменять. Соответственно, держатель 515 может быть подобран по размерам для одновременного размещения по меньшей мере части первого электрода и части второго электрода, обеспечивая непрерывное использование электрода, без необходимости в простое системы для переноса компонентов. При работе электрод 520, который может быть анодом, может проходить во внутренний объем огнеупорного сосуда 110, как описано ранее, через газонепроницаемое уплотнение 130, сопряженное с крышкой 120. Затем дистальная часть электрода 520 может быть сопряжена с вертикально перемещаемым держателем 515, который может быть соединен с механизмом для поступательного перемещения анода во время работы металлургической системы 500.[0048] The metallurgical system 500 may also include an electrode attachment assembly 510. The electrode attachment assembly may include a number of components to control the use and movement of the electrode by the system, which in embodiments may be an anode. The electrode attachment assembly 510 may include a vertically movable holder 515. The holder 515 may be configured to mate with an electrode 520, which may be similar to the anode 140 previously described. The holder 515 may also electrically connect the electrode 520 to a power source to operate the metallurgical system. In some configurations or process applications of the metallurgical system 500, electrode 520 may be consumed or damaged and may need to be replaced. Accordingly, the holder 515 can be sized to simultaneously accommodate at least a portion of the first electrode and a portion of the second electrode, allowing continuous use of the electrode without the need for downtime of the component transfer system. In operation, the electrode 520, which may be the anode, may pass into the interior of the refractory vessel 110, as previously described, through a gastight seal 130 associated with the cover 120. The distal portion of the electrode 520 may then be associated with a vertically movable holder 515, which may be connected to a mechanism for translational movement of the anode during operation of the metallurgical system 500.

[0049] В некоторых вариантах осуществления узел 510 крепления электрода и огнеупорный сосуд 110 могут быть отдельностоящими компонентами в зависимости от размера системы или объемных требований. Кроме этого, как показано, один или оба из узла 510 крепления электрода и огнеупорного сосуда 110 могут быть встроены в основание 525 системы, выполненное с возможностью поддержки и разнесения компонентов друг относительно друга для использования в процессе. Как обсуждалось ранее, токоотвод 125 может находиться под огнеупорным сосудом 110, и, таким образом, основание 525 системы может быть выполнено с возможностью размещения токоотвода 125. Как показано, основание 525 системы может содержать платформу 527, на которой может поддерживаться огнеупорный сосуд 110. Платформа 527 может иметь форму рамы для обеспечения доступа с целью прохождения токопроводящих выступов токоотвода 125 в огнеупорный сосуд 110 и электрического соединения с огнеупорным сосудом 110. Токоотвод 125 может быть расположен между платформой 527 и основанием 525 системы. В вариантах осуществления токоотвод может быть соединен с основанием 525 системы или платформой 527, в то время как в других вариантах осуществления токоотвод может быть не соединен с какой-либо конструкцией, а может быть сопряжен с и поддерживаться огнеупорным сосудом 110. Платформа 527 также может обеспечивать защиту над соединениями шин токоотвода 125, где могут быть сделаны электрические соединения.[0049] In some embodiments, the electrode attachment assembly 510 and the refractory vessel 110 may be separate components depending on system size or volumetric requirements. In addition, as shown, one or both of the electrode attachment assembly 510 and refractory vessel 110 may be incorporated into a system base 525 configured to support and space the components apart for use in the process. As previously discussed, current collector 125 may be located below fire vessel 110, and thus system base 525 may be configured to accommodate current collector 125. As shown, system base 525 may include a platform 527 on which fire vessel 110 may be supported. 527 may be in the form of a frame to provide access for passing the conductive protrusions of the current collector 125 into the refractory vessel 110 and electrical connection with the refractory vessel 110. The current conductor 125 may be located between the platform 527 and the base 525 of the system. In embodiments, the current collector may be connected to the base 525 of the system or platform 527, while in other embodiments, the current collector may not be connected to any structure, but may be associated with and supported by a refractory vessel 110. Platform 527 may also provide protection over the busbar connections of the down conductor 125 where electrical connections can be made.

[0050] Узел 510 крепления электрода может содержать множество компонентов, чтобы сделать возможным точное регулирование движения электрода 520. Так как электрод 520 может быть расположен по центру над огнеупорным сосудом 110, узел 510 крепления электродом может быть расположен сбоку от огнеупорного сосуда 110, проходя по меньшей мере частично поперек огнеупорного сосуда 110 для сопряжения с электродом 520. Узел 510 крепления электрода может содержать по меньшей мере одну стационарную конструкцию и по меньшей мере одну поступательно перемещаемую конструкцию, которые работают в сочетании для управления движением электрода 520. Например, узел 510 крепления электрода может содержать станину 530, которая в вариантах осуществления может быть стационарной. Например, станина 530 может быть неразъемно соединена с основанием 525 системы или какой-то другой конструкцией, на которой находится металлургическая система 500. Станина 530 может содержать направляющее устройство или другие приспособления, на которых может проходить токосъемник 535. Токосъемник 535 может быть подвижно соединен с каким-либо из компонентов станины 530, таким как показанное направляющее устройство 540.[0050] The electrode attachment assembly 510 may include a variety of components to enable precise control of the movement of the electrode 520. Since the electrode 520 may be positioned centrally over the refractory vessel 110, the electrode attachment assembly 510 may be positioned to the side of the refractory vessel 110, extending along the at least partially across the refractory vessel 110 to mate with the electrode 520. The electrode attachment assembly 510 may include at least one stationary structure and at least one translational structure that work in combination to control the movement of the electrode 520. For example, the electrode attachment assembly 510 may include a frame 530, which in embodiments may be stationary. For example, frame 530 may be integrally connected to system base 525 or some other structure on which metallurgical system 500 is located. any of the components of the bed 530, such as the guide 540 shown.

[0051] Либо токосъемник 535, либо станина 530 могут содержать моторизованное средство управления для вертикального перемещения токосъемника 535 на станине 530. Например, токосъемник 535 может содержать моторизованное средство управления, позволяющее токосъемнику перемещаться и останавливаться в любом числе мест вдоль направляющего устройства 540. Направляющее устройство 540 также может служить для направления токосъемника 535, в то время как дополнительная конструкция, такая как направляющая 545, может обеспечивать вертикальное движение токосъемника 535. Направляющая и/или токосъемник могут содержать цепной или винтовой привод, позволяющий токосъемнику 535 совершать небольшие движения вдоль станины 530. Кроме этого, станина 530 может содержать моторизованный регулятор, который может включать или иным образом приводить в движение направляющую 545, которая может регулировать высоту токосъемника 535 вдоль направляющего устройства 540. Должно быть понятно, что эти варианты осуществления являются всего лишь примерами, и настоящей технологией аналогично охватывается любое количество других возможностей обеспечения вертикального поступательного перемещения токосъемника 535.[0051] Either the current collector 535 or the frame 530 may include a motorized control to vertically move the current collector 535 on the frame 530. For example, the current collector 535 may include a motorized control to allow the current collector to move and stop at any number of locations along the guide device 540. The guide device 540 may also serve to guide the current collector 535, while an additional structure, such as a guide 545, may allow vertical movement of the current collector 535. The guide and/or the current collector may include a chain or screw drive that allows the current collector 535 to make small movements along the frame 530. In addition, frame 530 may include a motorized adjuster that may include or otherwise drive guide 545 that may adjust the height of current collector 535 along guide 540. It should be understood that these embodiments are are merely examples, and any number of other possibilities for vertical translation of the current collector 535 are similarly covered by the present technology.

[0052] Узел 510 крепления электрода также может содержать ферму 550, соединенную с токосъемником 535. Ферма 550 может содержать по меньшей мере один, два или более рычагов, соединенных с токосъемником 535. Как показано, ферма 550 содержит два рычага, соединенных с противоположными сторонами токосъемника 535 вокруг станины 530. Ферма 550 может соединять вертикально перемещаемый держатель 515 с токосъемником 535. Из-за размеров огнеупорного сосуда 110 и местоположения анода 520 ферма 550 может проходить одним или более способами сбоку от станины 530 в положение на относительной линии с центральной частью крышки 120. Например, как показано, ферма 550 может представлять собой или содержать изогнутую конструкцию или изогнутые компоненты, проходящие от первого конца фермы 550, соединенного с токосъемником 535, до второго конца, с которым соединен вертикально перемещаемый держатель 515. Второй конец фермы 550 может сгибаться до того места, которое позиционирует вертикально перемещаемый держатель 515 на одной линии с отверстием, таким как центральное отверстие крышки 120. В других примерах ферма 550 может содержать множество деталей, таких как L-образный или другой многодетальный элемент, включающий в себя вертикальную составляющую, а также поперечную составляющую. Например, ферма 550 может позиционировать держатель в осевом совмещении относительно вертикальной оси с отверстием крышки 120, таким как центральное отверстие 132, как описано ранее.[0052] The electrode attachment assembly 510 may also include a truss 550 connected to a current collector 535. The truss 550 may include at least one, two, or more arms connected to the current collector 535. As shown, the truss 550 includes two arms connected to opposite sides. current collector 535 around frame 530. Truss 550 may connect vertically movable holder 515 to current collector 535. Due to the size of refractory vessel 110 and the location of anode 520, truss 550 may extend in one or more ways from the side of frame 530 to a position in line with the central portion of the lid. 120. For example, as shown, the truss 550 may be or comprise a curved structure or curved components extending from a first end of the truss 550 connected to a current collector 535 to a second end to which a vertically movable holder 515 is connected. The second end of the truss 550 may be bent to the place that positions the vertically moved hold spruce 515 is in line with an opening, such as the center opening of cover 120. In other examples, truss 550 may comprise a plurality of parts, such as an L-shaped or other multi-part element including a vertical component as well as a transverse component. For example, truss 550 may position the holder in axial alignment with respect to the vertical axis with a lid opening 120, such as center opening 132, as previously described.

[0053] Хотя по всему представленному раскрытию упоминается ферма, должно быть понятно, что термин «ферма» для фермы 550 предназначен охватывать или определяться как любой несущий элемент, такой как подпорка, балка, скоба, брус, плечо, распорка или любой опорный или конструктивный элемент или элементы, которые в вариантах осуществления могут быть связаны со станиной и анодом. Хотя показана конкретная ферма, должно быть понятно, что с тем же эффектом можно использовать разные механические опоры, которые охватываются настоящей технологией аналогичным образом.[0053] While reference is made to a truss throughout this disclosure, it should be understood that the term "truss" for truss 550 is intended to encompass or be defined as any load-bearing member, such as a strut, beam, brace, beam, shoulder, brace, or any supporting or structural an element or elements that, in embodiments, may be associated with the frame and the anode. Although a specific truss is shown, it should be understood that various mechanical supports can be used to the same effect and are similarly covered by the present technology.

[0054] Металлургическая система 500 также может содержать электрические системы. На основании 525 системы может быть расположена катодная шина 555, которая может обеспечивать место электрического соединения с источником питания (не показан). Аналогичным образом, на станине 530 может быть расположена анодная шина 560, которая может обеспечивать место электрического соединения с источником питания (не показан). Два соединителя шины могут обеспечивать соединение металлургической системы 500 с источником электроэнергии в качестве элемента питания, позволяющего каждому электроду действовать в качестве анода или катода системы в зависимости от конкретной схемы подключения. Для работы или обеспечения движущей силы токосъемнику 535 может быть предусмотрен отдельный источник питания. Соответственно, в вариантах осуществления узел 510 крепления электродом может быть соединен с двумя источниками питания, причем первый источник питания электрически соединен через вертикально перемещаемый держатель или ферму с электродом 520, а второй источник питания электрически соединен с токосъемником.[0054] The metallurgical system 500 may also include electrical systems. A cathode bar 555 may be located at the base 525 of the system, which may provide an electrical connection point to a power source (not shown). Similarly, an anode bus 560 may be located on the frame 530, which may provide an electrical connection to a power source (not shown). The two bus connectors can connect the metallurgical system 500 to a power source as a battery, allowing each electrode to act as the anode or cathode of the system, depending on the specific connection scheme. The current collector 535 may be provided with a separate power supply to operate or provide driving force. Accordingly, in embodiments, the electrode attachment assembly 510 may be connected to two power supplies, with the first power supply electrically connected via a vertically movable holder or truss to electrode 520, and the second power supply electrically connected to the current collector.

[0055] На фиг. 6 представлен схематичный вид в перспективе иллюстративной металлургической системы 600 согласно вариантам осуществления настоящей технологии. Металлургическая система 600 может содержать некоторые или все компоненты металлургического агрегата 100, которые описаны ранее, и может содержать некоторые или все компоненты металлургической системы 500, которые описаны ранее. Например, металлургическая система 600 может содержать огнеупорный сосуд 110. Металлургическая система 600 также может содержать крышку 120, которая может быть выполнена с возможностью образования по существу герметичного уплотнения с огнеупорным сосудом 110, как описано ранее. Крышка 120 также может образовать множество отверстий, как обсуждалось выше в отношении фиг. 2. Например, крышка 120 может содержать по меньшей мере один выпускной проем 210 и может содержать по меньшей мере один впускной проем 220. Металлургическая система 600 также может содержать описанный ранее узел 510 крепления электрода.[0055] FIG. 6 is a schematic perspective view of an exemplary metallurgical system 600 in accordance with embodiments of the present technology. The metallurgical system 600 may include some or all of the components of the metallurgical plant 100 as previously described and may include some or all of the components of the metallurgical system 500 as previously described. For example, the metallurgical system 600 may include a refractory vessel 110. The metallurgical system 600 may also include a lid 120 that may be configured to form a substantially tight seal with the refractory vessel 110 as previously described. Lid 120 may also form a plurality of openings, as discussed above with respect to FIG. 2. For example, cover 120 may include at least one outlet 210 and may include at least one inlet 220. Metallurgical system 600 may also include electrode attachment 510 as described above.

[0056] Металлургическая система 600 также может содержать соответствующие системы для подачи и удаления материалов из огнеупорного сосуда. Например, металлургическая система 600 может содержать систему 610 выпуска, выполненную с возможностью приема или удаления материалов из огнеупорного сосуда 110. Система 610 выпуска может содержать трубопровод, соединенный с крышкой 120 на выпускном проеме 210. Как объяснялось ранее, крышка 120 может обеспечивать герметичное уплотнение с огнеупорным сосудом 110 для сдерживания получающегося пара, например, кислородсодержащих материалов, выделяющихся на аноде. Эти газообразные вещества можно удалять из огнеупорного сосуда 110 через трубопровод, соединенный с выпускным проемом 210. В вариантах осуществления трубопровод может содержать один или более клапанов, обеспечивающих регулируемое удаление газообразных веществ из огнеупорного сосуда. Например, хотя в некоторых вариантах осуществления отходящий пар может свободно вытекать из огнеупорного сосуда 110 через трубопровод, соединенный с выпускным проемом 210, в некоторых вариантах осуществления можно регулировать доступ через выпускной проем 210, чтобы он возникал с установленными интервалами, например, когда внутри огнеупорного сосуда накопилось количество газообразных веществ. Например, датчики могут выявлять нарастание внутри огнеупорного сосуда 110 давления, которое может автоматически или иным образом запускать высвобождение газа из сосуда в систему 610 выпуска.[0056] The metallurgical system 600 may also include appropriate systems for supplying and removing materials from the refractory vessel. For example, the metallurgical system 600 may include an outlet system 610 configured to receive or remove materials from the refractory vessel 110. The outlet system 610 may include a conduit connected to a cap 120 at the outlet 210. As previously explained, cap 120 may provide an airtight seal with a refractory vessel 110 to contain the resulting vapor, such as oxygen-containing materials released at the anode. These gases can be removed from the refractory vessel 110 through a conduit connected to the outlet 210. In embodiments, the conduit may include one or more valves to control the removal of gaseous substances from the refractory vessel. For example, while in some embodiments, vent steam may flow freely from refractory vessel 110 through conduit connected to outlet 210, in some embodiments, access through outlet 210 may be controlled to occur at set intervals, such as when inside the refractory vessel. accumulated amount of gaseous substances. For example, the sensors may detect a pressure buildup within the refractory vessel 110, which may automatically or otherwise trigger the release of gas from the vessel into the exhaust system 610.

[0057] Система 610 выпуска может содержать любое число фильтров, скрубберов или устройств обработки для способствования улавливанию и/или обработке газообразных веществ из металлургической системы 600. Например, некоторые технологические побочные продукты могут содержать кислород, который можно отфильтровать при его выходе из огнеупорного сосуда 110, а затем собирать. Система 610 выпуска может содержать отстойный бак 612, выполненный с возможностью обеспечения удаления дисперсного материала (частиц) из выпускаемых веществ. Так как во время работы может образовываться застывшая корка электролита, может быть обеспечен дополнительный доступ для пробивания корки для доступа содержащимся внутри газообразным веществам. Удаление может уносить дисперсный материал из корки или из внутренних материалов, который может осаждаться в баке 612 по мере доставки газообразных веществ через систему 610 выпуска. В других вариантах осуществления отходящие газообразные вещества могут включать в себя газы, которые можно обрабатывать по экологическим причинам или для того, чтобы улавливать более ценный продукт. Так как газообразные вещества могут выходить из огнеупорного сосуда при температурах в сотни или тысячи градусов, их тепло можно использовать, чтобы вызвать протекание обработки. Например, может быть введен каталитический конвертер с системой улавливания воздуха, который может обеспечивать выход отходящих веществ для преобразования, например, из монооксида углерода в диоксид углерода. Система 610 выпуска также может содержать аппарат для сбора монооксида углерода. Кроме этого, может быть введена горелка 614 с источником воздуха или кислорода для окисления отходящих потоков до альтернативных веществ. Система 610 выпуска также может содержать шкаф 616, который может содержать органы управления и системы подачи текучей среды для использования при сборе и/или обработке отходящих газов.[0057] The exhaust system 610 may include any number of filters, scrubbers, or treatment devices to assist in capturing and/or treating gaseous materials from the metallurgical system 600. For example, some process by-products may contain oxygen that can be filtered out as it exits the refractory vessel 110 and then collect. The exhaust system 610 may include a settling tank 612 configured to remove particulate material (particles) from the released substances. Since a hardened electrolyte crust may form during operation, additional access can be provided to pierce the crust to allow access to the gaseous substances contained within. Removal may carry particulate material from the crust or from internal materials that may be deposited in tank 612 as gaseous materials are delivered through exhaust system 610. In other embodiments, off-gases may include gases that can be treated for environmental reasons or to capture a higher value product. Since gaseous substances can exit the refractory vessel at temperatures of hundreds or thousands of degrees, their heat can be used to cause the treatment to proceed. For example, a catalytic converter with an air scavenging system may be introduced, which may provide an outlet for conversion effluent from, for example, carbon monoxide to carbon dioxide. The exhaust system 610 may also include a carbon monoxide collection apparatus. In addition, a burner 614 may be introduced with an air or oxygen source to oxidize the effluent streams to alternative substances. Exhaust system 610 may also include a cabinet 616 that may contain controls and fluid supply systems for use in collecting and/or treating off-gases.

[0058] Металлургическая система 600 также может содержать систему 620 подачи, функционально связанную с одним или более впускных проемов 220. Опять же, система 620 подачи может быть соединена с крышкой 120 для сохранения герметичного уплотнения с системой. Система подачи может обеспечить доставку исходного материала в огнеупорный сосуд 110 для получения целевого материала. Например, через систему 620 подачи в огнеупорный сосуд 110 могут доставляться оксиды целевого металла. Система подачи может доставлять материал непрерывно, или же доставка может быть структурирована сообразно производству и удалению целевого материала, например, периодическая доставка или доставка партий материалов, которая может обеспечивать непрерывную работу огнеупорного сосуда 110 и металлургической системы 600. Система 620 подачи также может содержать инструмент для пробивки корки электролита перед доставкой материала в огнеупорный сосуд. В вариантах осуществления в крышке может иметься множество впускных проемов, для доставки множества материалов или доставки в разные зоны сосуда можно использовать дополнительные системы подачи.[0058] The metallurgical system 600 may also include a supply system 620 operatively associated with one or more inlets 220. Again, the supply system 620 may be coupled to cap 120 to maintain an airtight seal with the system. The supply system can deliver the source material to the refractory vessel 110 to obtain the target material. For example, the target metal oxides can be delivered to the refractory vessel 110 through the supply system 620. The supply system may deliver the material continuously, or the delivery may be structured according to the production and removal of the target material, such as intermittent delivery or delivery of batches of materials, which may ensure the continuous operation of the refractory vessel 110 and the metallurgical system 600. The supply system 620 may also contain a tool for piercing the electrolyte crust before delivering the material to the refractory vessel. In embodiments, the lid may have multiple inlets, additional delivery systems may be used to deliver multiple materials or delivery to different areas of the vessel.

[0059] Ранее описанные системы и устройства можно использовать в ряде способов обработки материалов. На фиг. 7 представлены выбранные операции в иллюстративном способе 700 использования металлургической системы согласно настоящей технологии. В этих способах можно использовать любые или все из ранее описанных устройств или систем во множестве различных операций от рафинирования металлов до обработки и получения сплавов и других продуктов из множества различных сырьевых материалов.[0059] The previously described systems and devices can be used in a number of materials processing methods. In FIG. 7 shows selected steps in an exemplary method 700 for using a metallurgical system in accordance with the present technology. These methods can use any or all of the devices or systems previously described in a variety of different operations from metal refining to processing and producing alloys and other products from a variety of different raw materials.

[0060] При операции 710 исходное количество материала можно поместить в огнеупорный сосуд 110. Материалы могут включать в себя по меньшей мере некоторые из металлов или металлосодержащих материалов, таких как руда, электролит, шлак, кокс, или другие огнеупорные или печные материалы. В зависимости от типа печи или способа эксплуатации электрод 140 может быть либо анодом, либо катодом, связанным с множеством токопроводящих элементов, и во время работы может иметь любую полярность. Например, при электролизе расплавленных оксидов электрод 140 может быть анодом, и ток может подаваться через анод в заключенные внутри сосуда материалы и через токопроводящие выступы 425 к токоотводу 125. При операции 720 подаваемый ток может создавать джоулев нагрев внутри огнеупорного сосуда, что может начать обработку материалов. Для выделения тепла через систему можно подавать большой ток, который может составлять сотни, тысячи или сотни тысяч ампер. Например, в вариантах осуществления ток может составлять между примерно 1000 и примерно 5000 ампер, или может составлять между примерно 5000 и примерно 10000 ампер. Ток может быть любой отдельной величины в пределах этих диапазонов, например, 4000 ампер, или может быть выше или ниже любых из указанных чисел. Выделившееся тепло может создавать в сосуде температуры, достаточные для плавки материалов внутри сосуда.[0060] At step 710, the initial amount of material may be placed in the refractory vessel 110. The materials may include at least some of the metals or metal-bearing materials such as ore, electrolyte, slag, coke, or other refractory or furnace materials. Depending on the type of oven or method of operation, electrode 140 may be either an anode or a cathode coupled to a plurality of conductive elements and may be of any polarity during operation. For example, in the electrolysis of molten oxides, electrode 140 may be the anode and current may be applied through the anode to the materials contained within the vessel and through the conductive projections 425 to the current collector 125. In step 720, the applied current may create Joule heating within the refractory vessel, which may begin processing of the materials. . A large current, which can be hundreds, thousands, or hundreds of thousands of amperes, can be injected through the system to generate heat. For example, in embodiments, the current may be between about 1000 and about 5000 amps, or may be between about 5000 and about 10000 amps. The current may be any individual value within these ranges, such as 4000 amps, or may be above or below any of the numbers indicated. The released heat can create temperatures in the vessel sufficient to melt the materials inside the vessel.

[0061] По мере плавления материалов может происходить окислительно-восстановительный процесс для разделения материалов. Например, если в подлежащих рафинированию материалах содержатся оксиды металлов, такие как, например, оксид железа, оксид алюминия и т.д., к аноду 140 могут двигаться и окисляться на нем кислородсодержащие ионы, в то время как ионы металлов двигаются к токоотводу 125 и восстанавливаются. Металл, который может образовываться на огнеупорном основании 114 во внутренней зоне 115, может быть расплавленным, отрицательно заряженным металлом и поэтому может служить катодом в процессе, принимая электроны из токопроводящих выступов токоотвода 125. При операции 730 этот отрицательно заряженный, расплавленный металл можно рафинировать в ходе процесса и выводить или извлекать из сосуда через один или более проемов 502. Ионы кислорода могут образовать на аноде 140 газообразный кислород, и в сосуде могут возникать и высвобождаться пузырьки газообразного кислорода, диоксида углерода, монооксида углерода или других газообразных веществ. Поскольку при операции 730 из системы извлекают полученный расплавленный металл, объем материала внутри огнеупорного сосуда 110 может уменьшаться. Если компоненты системы не регулировать, анод 140 может потерять контакт с материалами электролита. Соответственно, при операции 740 во время работы, а также или во время извлечения анод 140 можно модулировать по вертикали для сохранения контакта с материалами внутри огнеупорного сосуда 110. Аналогичным образом, по мере подачи дополнительного материала в огнеупорный сосуд 110 внутри сосуда уровень материала может подниматься, и анод 140 может быть поднят.[0061] As the materials melt, a redox process may occur to separate the materials. For example, if the materials to be refined contain metal oxides, such as, for example, iron oxide, aluminum oxide, etc., oxygen-containing ions can move towards the anode 140 and oxidize thereon, while metal ions move towards the current collector 125 and are being restored. The metal that may form on the refractory base 114 in the inner zone 115 may be molten, negatively charged metal and therefore may serve as the cathode in the process, accepting electrons from the conductive protrusions of the current collector 125. In step 730, this negatively charged, molten metal may be refined during process and withdraw or withdraw from the vessel through one or more openings 502. Oxygen ions may form oxygen gas at the anode 140, and bubbles of oxygen gas, carbon dioxide, carbon monoxide, or other gaseous substances may be generated and released in the vessel. As the resulting molten metal is removed from the system at step 730, the volume of material within the refractory vessel 110 may be reduced. If the system components are not adjusted, the anode 140 may lose contact with the electrolyte materials. Accordingly, at step 740 during operation as well as or during extraction, the anode 140 may be vertically modulated to maintain contact with materials within the refractory vessel 110. Similarly, as additional material is fed into the refractory vessel 110 within the vessel, the level of material may rise, and the anode 140 can be raised.

[0062] Материалы электролита, используемые в операциях обработки, можно выбирать в зависимости от получаемых материалов. В вариантах осуществления семейство электролитов, используемых для получения электролизом оксидов металлов относительно более реакционноспособных металлов, может включать в себя оксиды металлов, а также смеси оксидных веществ. Иллюстративные оксиды металлов могут включать BeO, CaO, MgO, SrO и BaO. Кроме этого, наряду с любыми другими разновидностями оксидов можно вводить оксиды Al, Si, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm или Yb. Представленную систему также можно использовать с радиоактивными металлами и любыми другими материалами, которые могут способствовать обработке согласно настоящей технологии. Пропорции оксидов, включенных в смеси электролитов, можно выбирать так, чтобы они соответствовали необходимым физическим и химическим свойствам для извлечения целевого металла электролизом расплавленных оксидов. Физические свойства могут включать то, что электролит является менее плотным, чем целевой металл или целевой сплав, когда целевой металл восстанавливают в основной сплав. В некоторых вариантах осуществления разность плотностей может составлять по меньшей мере примерно 0,2 г/см³, хотя в некоторых вариантах осуществления разность плотностей может быть больше или меньше, хотя большие значения могут облегчать разделение. Кроме этого, материалы электролита могут характеризоваться повышенной плотностью по сравнению с целевыми материалами, что может происходить, например, при обработке сплавов.[0062] The electrolyte materials used in processing operations can be selected depending on the materials to be obtained. In embodiments, the family of electrolytes used to produce metal oxides of relatively more reactive metals by electrolysis may include metal oxides as well as mixtures of oxide materials. Exemplary metal oxides may include BeO, CaO, MgO, SrO, and BaO. In addition, Al, Si, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm or Yb oxides can be introduced along with any other types of oxides. The presented system can also be used with radioactive metals and any other materials that may assist in processing according to the present technology. The proportions of oxides included in the electrolyte mixtures can be chosen to meet the necessary physical and chemical properties for the extraction of the target metal by electrolysis of molten oxides. The physical properties may include that the electrolyte is less dense than the target metal or target alloy when the target metal is reduced to the base alloy. In some embodiments, the density difference may be at least about 0.2 g/cm ³ , although in some embodiments the density difference may be greater or less, although larger values may facilitate separation. In addition, the electrolyte materials can be characterized by an increased density compared to the target materials, which can occur, for example, during the processing of alloys.

[0063] Работа систем согласно настоящей технологии может проходить в диапазоне значений, которые могут быть отчасти зависимы от обрабатываемых материалов. Например, плотности анодного и катодного тока могут иметь средние значения в диапазоне значений. Плотности катодного тока могут составлять в диапазоне от менее чем или примерно 0,3 A/см² до примерно 10 A/см² или более. Плотности анодного тока могут быть в диапазонах, частично зависящих от используемого материала анода. Например, инертные аноды могут работать в пределах меньшего диапазона плотностей тока по сравнению с графитом или другими анодными материалами. Согласно настоящей технологии, инертные материалы анода могут работать при плотностях тока от менее чем или примерно 2 A/см² до примерно 10 A/см² или более. Кроме этого, графитные материалы анода могут работать при плотностях тока от менее чем или примерно 0,5 A/см² до примерно 40 A/см² или более. Разности напряжений между материалами анода и катода могут аналогично варьировать в зависимости от материала, используемого для анода, причем инертные материалы образуют более узкое технологическое окно. Например, в комбинациях с использованием инертного материала анода разности напряжений между анодом и катодом могут составлять в диапазоне между примерно 1 В и примерно 110 В или более. Кроме этого, в комбинациях с использованием графита или другого анодного материала разности напряжений между анодом и катодом могут составлять в диапазоне между примерно 1 В и примерно 130 В или более.[0063] The operation of systems according to the present technology may take place in a range of values, which may be partly dependent on the materials being processed. For example, the anode and cathode current densities may have average values over a range of values. The cathode current densities can range from less than or about 0.3 A/cm ² to about 10 A/cm ² or more. Anode current densities may be in ranges depending in part on the anode material used. For example, inert anodes can operate within a smaller range of current densities than graphite or other anode materials. According to the present technology, the anode inert materials can operate at current densities from less than or about 2 A/cm ² to about 10 A/cm ² or more. In addition, graphite anode materials can operate at current densities from less than or about 0.5 A/cm ² to about 40 A/cm ² or more. Voltage differences between the anode and cathode materials can similarly vary depending on the material used for the anode, with inert materials forming a narrower processing window. For example, in combinations using an inert anode material, voltage differences between the anode and cathode can range between about 1 V and about 110 V or more. In addition, in combinations using graphite or other anode material, voltage differences between the anode and cathode can range between about 1 V and about 130 V or more.

[0064] В предыдущем описании в целях объяснения было изложено множество подробностей с тем, чтобы обеспечить понимание разных вариантов осуществления настоящей технологии. Однако специалисту в данной области техники должно быть ясно, что некоторые варианты осуществления можно реализовывать без некоторых из этих подробностей или с дополнительными подробностями.[0064] In the previous description, for purposes of explanation, many details have been set forth in order to provide an understanding of various embodiments of the present technology. However, a person skilled in the art should be clear that some embodiments can be implemented without some of these details or with additional details.

[0065] После раскрытия нескольких вариантов осуществления специалистам в данной области техники должно быть ясно, что можно использовать разные модификации, альтернативные конструкции и эквиваленты без отклонения от сути вариантов осуществления. Кроме этого, чтобы избежать ненужного затруднения понимания настоящей технологии, ряд хорошо известных процессов и элементов не был описан. Соответственно, вышеприведенное описание не следует воспринимать как ограничивающее объем охраны данной технологии.[0065] After the disclosure of several embodiments, it should be clear to those skilled in the art that various modifications, alternative designs, and equivalents can be used without deviating from the gist of the embodiments. In addition, in order to avoid unnecessary obstruction of the understanding of the present technology, a number of well-known processes and elements have not been described. Accordingly, the foregoing description should not be taken as limiting the scope of protection for this technology.

[0066] При указании диапазона значений надо понимать, что, если в контексте явно не сказано иное, между верхним и нижним пределами этого диапазона также конкретно раскрыто каждое промежуточное значение, до наименьшей доли единицы нижнего предела. Охвачен любой более узкий диапазон между любыми указанными значениями или неуказанными промежуточными значениями в указанном диапазоне и любое другое указанное или промежуточное значение в этом указанном диапазоне. В диапазон можно независимо включать или исключать верхний и нижний пределы этих меньших диапазонов, и технология также охватывает каждый диапазон, где каждый, ни один или оба предела включены в меньшие диапазоны, с учетом любого специально исключенного предела в указанном диапазоне. Когда указанный диапазон включает один или оба предела, также включены диапазоны с исключенным каждым или обоими этими включенными пределами. Когда списком представлено множество значений, аналогичным образом конкретно раскрыт любой диапазон, охватывающий или основанный на любом из этих значений.[0066] When specifying a range of values, it should be understood that, unless the context explicitly states otherwise, between the upper and lower limits of this range, each intermediate value is also specifically disclosed, up to the smallest fraction of one of the lower limit. Any narrower range between any specified values or unspecified intermediate values within the specified range and any other specified or intermediate value within that specified range is covered. The range may independently include or exclude the upper and lower limits of these smaller ranges, and the technology also covers each range, where either, neither, or both limits are included in the smaller ranges, subject to any specifically excluded limit within the specified range. When a specified range includes one or both of the limits, ranges with each or both of those included limits excluded are also included. When a list represents a plurality of values, any range encompassing or based on any of those values is likewise specifically disclosed.

[0067] В рамках изобретения и в приложенной формуле изобретения, если в контексте явно не сказано иное, формы единственного числа включаю формы множественного числа. Таким образом, например, ссылка на «материал» включает в себя множество таких материалов, а ссылка на «ванну» включает в себя ссылку на одну или более ванн и их эквивалентов, известных специалистам в данной области техники, и так далее.[0067] For the purposes of the invention and in the appended claims, unless the context clearly states otherwise, the singular forms include the plural forms. Thus, for example, reference to "material" includes a plurality of such materials, and reference to "bath" includes reference to one or more baths and their equivalents known to those skilled in the art, and so on.

[0068] Также, слова «содержать (содержит)», «содержащий», «вмещают (вмещает)», «вмещающий», «включать (включает)» и «имеющий», при использовании в этом описании и в последующей формуле изобретения предназначены указывать на наличие указанных признаков, предметов, компонентов или операций, но они не исключают наличие или добавление одного или более других признаков, предметов, компонентов, операций, действий или групп.[0068] Also, the words "comprise (comprises)", "comprising", "accommodate (accommodates)", "accommodating", "include (includes)", and "having", when used in this description and in the following claims, are intended indicate the presence of the specified features, items, components or operations, but they do not exclude the presence or addition of one or more other features, items, components, operations, actions or groups.

Claims

1. Metallurgical unit for electrolysis of molten oxides, containing:

a refractory vessel having sides and a base, wherein the base forms a plurality of holes centrally located inside the base, while the sides and base at least partially form the internal volume of the refractory vessel, and the refractory vessel contains at least two layers of material, and the outer the layer contains an insulating material, and while the inner layer contains a material made chemically compatible with the electrolyte contained in the internal volume of the refractory vessel;

a lid removably coupled to the refractory vessel and configured to form a seal with the refractory vessel, the lid forming a plurality of through holes; And

a current collector adjacent to the base of the refractory vessel, and the current collector contains conductive protrusions located inside the said plurality of holes located centrally inside the base.

2. The metallurgical unit according to claim 1, additionally containing a gas-tight seal installed around the first hole from the said plurality of through holes formed in the cover, moreover, the gas-tight seal is configured to receive and pass the movable anode through the gas-tight seal and the first through hole formed in the cover.

3. The metallurgical plant according to claim 2, wherein the gas-tight seal is configured to limit the release of gas from the refractory vessel through the first opening of said plurality of through-holes formed in the lid.

4. The metallurgical plant of claim 1, wherein said plurality of through holes formed in the lid comprises an outlet sized to distribute gas from the refractory vessel and an inlet sized to distribute material into the refractory vessel.

5. The metallurgical assembly of claim 1, wherein the refractory vessel comprises a powder layer at least partially forming the side walls of the refractory vessel and a compatibility layer forming the base of the refractory vessel, wherein the compatibility layer also at least partially forming the side walls of the refractory vessel.

6. The metallurgical plant according to claim 1, wherein the refractory vessel further comprises an intermediate layer of material disposed to form at least a portion of the internal volume of the refractory vessel.

7. A metallurgical plant according to claim 1, wherein the inner layer has a thermal conductivity of less than or about 25 W/(m⋅K).

8. A metallurgical plant according to claim 1, wherein the insulating material has a thermal conductivity of less than or about 5 W/(m⋅K).

9. Metallurgical system for performing electrolysis of molten oxides, comprising:

metallurgical unit according to any one of paragraphs. 1-8; And

an electrode attachment unit, wherein the electrode attachment unit comprises:

a vertically movable holder, wherein the vertically movable holder is configured to mate with the electrode and electrically connect the electrode to the power source;

frame, and the frame contains a vertical guide device, and

a current collector movably connected to the vertical guide device.

10. A metallurgical system according to claim 9, further comprising a base of the system containing a platform on which the refractory vessel is supported.

11. The metallurgical system according to claim 10, further comprising a current collector located between the platform and the base of the system, and the current collector is mechanically connected to the refractory vessel.

12. The metallurgical system according to claim 9, in which the electrode attachment assembly further comprises a truss connecting the vertically movable holder to the current collector.

13. The metallurgical system of claim 12 wherein the truss is a curved truss extending from a first end on the current collector to a second end to which a vertically movable holder is connected.

14. The metallurgical system according to claim 13, in which the second end of the curved truss positions the vertically movable holder in axial alignment relative to the vertical axis with the opening of the cover, removably coupled with the refractory vessel and configured to form a seal with the refractory vessel, and the cover forms a plurality of through holes .

15. The metallurgical system of claim 9, further comprising a first power source electrically connected to the electrode via a vertically movable holder and a second power source electrically connected to the current collector.

16. A metallurgical system as claimed in claim 9, wherein the electrode is an anode, wherein the first end of the anode extends within an internal volume formed by the refractory vessel, and wherein the distal portion of the anode is associated with a vertically movable holder.

17. Metallurgical system for electrolysis of molten oxides, comprising:

a refractory vessel having a base, the base forming a plurality of holes centrally located inside the base, the refractory vessel containing at least two layers of material, the outer layer containing an insulating material, and the inner layer containing a material made chemically compatible with the electrolyte, contained in the internal volume of the refractory vessel;

a current collector adjacent to the base of the refractory vessel, the current collector comprising conductive protrusions located within said plurality of holes centrally located within the base;

a lid removably coupled to the refractory vessel and configured to form a seal with the refractory vessel, wherein the lid forms a plurality of through holes, wherein the first hole of said plurality of holes comprises an outlet opening;

electrode fastening unit; And

an exhaust system connected to the cover outlet, the exhaust system being configured to oxidize effluent streams received from the refractory vessel.

18. The metallurgical system according to claim 17, wherein the second opening of said plurality of through holes formed in the lid comprises an inlet, and wherein the metallurgical system further comprises a supply system connected to the inlet and configured to supply material to the refractory vessel.